Atividade Pratica PD Instrumentação Eletronica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA – INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA 
EXPERIMENTO 1: AMPLIFICADOR INVERSOR 
EXPERIMENTO 02: FILTROS ATIVOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2023 
 
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1 INTRODUCAO 
Nesta atividade serão realizadas experiências com a aplicação de circuitos inte-
grado, compostos de amplificadores operacionais. Vamos projetar e testar circuitos como am-
plificadores operacionais (AmpOp) e as aplicações de inversor e filtros ativos. O amplificador 
operacional (Amp Op) tem esse nome porque inicialmente foi projetado para realizar operações 
matemáticas com o sinal (ou sinais) de entrada (computação analógica). 
Desde sua criação passou por inúmeras melhorias, ganhando assim posição de des-
taque executando as mais variadas funções com um único circuito integrado e poucos compo-
nentes externos. 
Além de amplificar a tensão e a corrente de entrada, o Amplificador Operacional 
inversor também tem por característica, inverter a frequência da entrada à 180º graus. 
Já os filtros ativos têm como principal característica, filtras frequências em um de-
terminado ponto (linha de corte), ou de uma banda, rejeitar ou atenuar determinadas frequên-
cias. Os filtros podem ser um dispositivo passivo composto por capacitores, resistores e indu-
tores; ou ativo composto por capacitores, resistores e amplificadores realimentados (amplifica-
dores operacionais). De acordo com a resposta em frequência eles se classificam em: 
• Passa baixas. 
• Passa altas. 
• Passa faixa. 
• Rejeita faixa. 
 Neste experimento iremos montar dois filtros ativos, um passa altas frequências, que à 
partir permite apenas altas frequências e um segundo filtro, o passa baixas, que faz o inverso e 
cortar as frequências altas. Ambos fazem corte a partir de uma determinada frequência, cha-
mada frequência de corte. 
1.1 OBJETIVO DOS EXPERIMENTOS 
Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos teóricos de amplificadores 
operacionais (Amp-Op) abordados na disciplina de Instrumentação Eletrônica e projetar, na 
prática utilizando os Kits de laboratório da Uninter, circuitos como o amplificador inversor e 
de filtros ativos Butterworth de segunda ordem com amplificadores operacionais. Serão mon-
tados dois filtros ativos para análise, um filtro passa baixa frequências e outro filtro passa alta 
frequências. Com o experimento, também iremos analisar graficamente o comportamento de 
 
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cada filtro, além de aprender a realizar caracterização elétrica de circuitos utilizando instrumen-
tos de medição. 
2 EXPERIMENTO 1: AMPLIFICADOR INVERSOR 
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Utilizando um Amplificador LM358 para a montagem do circuito, aplicamos sua alimen-
tação conforme o circuito proposto na figura 1, a fonte simétrica ao CI, sendo +12 V no terminal 
do +Vcc e -12V no terminal -Vcc. Ajustamos o Gerador de Funções para fornecer um sinal 
senoidal de 500mV de tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência aproximada de 
1kHz. 
 
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Utilizando um Osciloscópio de dois canais, ligamos a probe do Canal 1 no sinal de entrada 
do circuito e a probe do Canal 2 para coletar os sinais de saída. Todos os terminais terra das 
duas pontas foram aterrados no mesmo terra do gerador de sinais. 
 Figura 2 – Circuito Amp Op Inversor montado no protoboard 
 
Com isso iniciamos o experimento e coletamos as medidas ilustrada na figura abaixo. 
 
Figura 3 - Sinal de onda senoidal de 500mV 
 
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Após extrair os valores de tensão pico-a-pico no osciloscópio, podemos efetuar o cálculo do 
ganho real do amplificador. 
 
 
No meu experimento, notamos que há uma pequena diferença entre ganho calculado e 
ganho medido, conforme mostrado na tabela acima. Isso se dá as diferenças entre um circuito 
ideal sem perdas no cálculo, e um circuito real, que contém perdas em sua eficiência de trabalho, 
podendo estar relacionado ao tipo de material, ligação e até mesmo arredondamento e adaptação 
para utilizar componentes de valores comerciais, tais como resistores e capacitores. 
 
Mesmo alternado as formas de onda do circuito as características de amplitude e inver-
são foram mantidas, é possível verificar a linearidade na forma das ondas, apenas sua amplitude 
que é amplificada, sem deformações ou mudança qualquer da característica. A onda é amplifi-
cada e invertida à 180º do sinal de entrada. 
 
 
Figura 4 - Sinal de onda triangular 
 
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Figura 5 - Sinal de onda quadrada 
 
 
Figura 6 - Sinal de onda dente de serra 
 
 
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Quando elevamos o sinal de entrada para 10V, ocorre a saturação do sinal de saída, limitado 
pela tensão da fonte na entrada do circuito. O Amplificador Operacional fornecerá um ganho, 
mas possui a limitação de acordo com o sinal de entrada. 
 
 
Figura 7 - Sinal de onda senoidal 10V saturada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 EXPERIMENTO 2: FILTROS ATIVOS PASSA ALTA E PASSA BAIXA 
FILTRO PASSA ALTA: 
 
 
 
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Utilizando um Amplificador LM358 para a montagem do circuito, aplicamos sua alimen-
tação conforme o circuito proposto na figura do circuito acima, a fonte simétrica ao CI, sendo 
+12 V no terminal do +Vcc e -12V no terminal -Vcc. Ajustamos o Gerador de Funções para 
fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência 
aproximada de 5kHz para realização da primeira medida. 
Para o experimento de filtros ativos, devido a um problema com o gerador de sinal do Kit 
Boole Uninter, utilizamos outro gerador antigo que utiliza o áudio do laptop para fornecer o 
sinal de entrada senoidal. 
Pelos cálculos dos capacitores utilizados de 100nF e resistores de 2,2 K Ohms, para um 
ganho Av de 2.2, com base no último digito do RU (digito 8), a frequência de corte é de 800hz. 
Utilizando um Osciloscópio de dois canais, ligamos a probe do Canal 1 no sinal de entrada 
do circuito e a probe do Canal 2 para coletar os sinais de saída. Todos os terminais terra das 
duas pontas foram aterrados no mesmo terra do gerador de sinais. 
 
 
Figura 8 – Circuito Filtro Passa Alta 
 
 
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Figura 9 - Sinal de onda senoidal de 1V e 5Khz 
Ao ajustar nas condições iniciais do experimento, iniciamos a coleta das amostra-
gens usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída. Variamos a frequência e 
anotando os valores de tensão de saída em cada amostra, para então calcular o ganho de tensão 
𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 𝑣𝑖 para cada frequência, conforme está descrito na tabela. 
 
Tabela 2 – Sample do filtro passa alta 
 
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Identificamos a frequência de corte quando amplitude de VO é aproximadamente 70% do 
Vi, ou seja, quando o a frequência atingiu mais ou menos 550 Hz, classificamos este ponto 
como FL com Av = 1.91. 
 
 
Figura 10 – Gráfico da faixa do Circuito Passa Alta 
FILTRO PASSA BAIXA: 
 
 
FL=1,91
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
100 1000 10000
A
v
F (Hz)
Filtro Passa Alta
550Hz
 
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
 Utilizando um Amplificador LM358 para a montagem do circuito, aplicamos sua ali-
mentação conforme o circuito proposto na figura do circuito acima, a fonte simétrica ao CI, 
sendo +12 V no terminal do +Vcc e -12V no terminal -Vcc. Ajustamos o Gerador de Funções 
para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico (aproximado), com uma fre-
quência aproximada de 5kHz para realização da primeira medida. 
Para o experimento de filtros ativos, devido a um problema com o gerador de sinal do Kit 
Boole Uninter, utilizamos outro gerador antigo que utiliza o áudio do laptop para fornecer o 
sinal de entrada senoidal. 
Pelos cálculos dos capacitores utilizados de 10nF e resistores de 1 K Ohms, para um ganhoAv de 2.2, com base no último digito do RU (digito 8), a frequência de corte é de 16Khz. 
Utilizando um Osciloscópio de dois canais, ligamos a probe do Canal 1 no sinal de entrada 
do circuito e a probe do Canal 2 para coletar os sinais de saída. Todos os terminais terra das 
duas pontas foram aterrados no mesmo terra do gerador de sinais. 
 
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Figura 11 - Sinal de onda senoidal de 1V e 5Khz 
 
Figura 12 - Sinal de onda senoidal de 1V e 5Khz 
 
Ao ajustar nas condições iniciais do experimento, iniciamos a coleta das amostra-
gens usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída. Variamos a frequência e 
anotando os valores de tensão de saída em cada amostra, para então calcular o ganho de tensão 
𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 𝑣𝑖 para cada frequência, conforme está descrito na tabela. 
 
 
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Tabela 3 – Sample do filtro baixas 
Identificamos a frequência de corte quando amplitude de VO é aproximadamente 70% do 
Vi, ou seja, quando o a frequência atingiu mais ou menos 10 Khz, classificamos este ponto 
como Fh com Av = 1.81. 
 
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4 CONCLUSÕES 
Com base no experimento foi possível ver o funcionamento de um circuito amplificador 
inversor, e sua característica principal, a defasagem de onda em 180º da entrada para a saída. 
Mesmo alternando o formato de onda foi possível notar que o sinal de saída se manteve linear, 
com praticamente a mesma amplitude e sem deformações. 
A resposta do amplificador operacional real ocorre perdas de ganho, se comparado com o 
amplificador ideal e seu ganho calculado. 
E por fim, ao elevar o sinal de entrada a níveis elevados, a saída do amplificador entra em 
modo de saturação, fazendo com que a resposta seja limitada pelo valor da tensão de entrada 
do circuito. 
Já para os filtros ativos, concluímos que o funcionamento do circuito corresponde ao fun-
damento teórico. Porém, observamos que o corte do ganho se faz de forma atenuada ao redor 
da faixa de corte. 
Notamos que, mesmo abaixo ou acima da frequência de corte, ainda existe um pequeno 
ganho na saída do amplificador, não há um corte instantâneo na faixa. Com cerca de 70% do 
ganho Av, é notável que a frequência ainda está longe da ideal. O filtro passa alta atingiu 70% 
com 550 hz, para uma linha de corte de 800Hz. Já o filtro passa baixas, a linha de corte seleci-
onada foi de 16Khz, porém observamos que já com 10Khz, o ganho de VO ultrapassava 70%, 
caracterizando a abertura do filtro. 
FH=1.8
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
100 1000 10000
A
v
F (Hz)
Filtro Passa Baixa