Atividade Prática Instrumentação Eletrônica - Resumo

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## Resumo dos Experimentos com Amplificadores Operacionais e Filtros AtivosEste material apresenta dois experimentos práticos realizados com amplificadores operacionais (AmpOp), especificamente utilizando o circuito integrado LM358, que contém dois amplificadores independentes. O primeiro experimento foca na construção e análise de circuitos amplificadores, enquanto o segundo aborda a aplicação dos amplificadores operacionais em filtros ativos, explorando diferentes tipos de filtros para manipulação de sinais.### Experimento 01 – Amplificadores OperacionaisO primeiro experimento tem como objetivo projetar e testar circuitos amplificadores utilizando o LM358. Inicialmente, foi montado um circuito amplificador inversor, que utiliza realimentação negativa para controlar o ganho. O ganho do circuito é definido pela relação entre dois resistores, R1 e R2, conforme a fórmula:\[A_v = -\frac{R_2}{R_1}\]Para o experimento, o ganho foi fixado em -3, baseado no último dígito do número de registro do aluno (RU). Com R1 escolhido como 1,5 kΩ, calculou-se R2 como aproximadamente 4,5 kΩ, sendo comercialmente adotado o valor de 4,7 kΩ. A funcionalidade do circuito foi confirmada por meio de medições no osciloscópio, que mostraram um ganho prático de aproximadamente -3,12, com o sinal de saída invertido em 180 graus em relação à entrada, característica típica do amplificador inversor.O circuito apresentou resposta linear, com alta impedância de entrada e baixa impedância de saída, garantindo um ganho estável e sem distorção do sinal. Foi observado o ponto de saturação do amplificador, que ocorre quando a amplitude do sinal de saída atinge o limite da tensão de alimentação da fonte (+/- 9 V). Para o ganho de 3,13, a saturação foi detectada para sinais de entrada acima de 3,3 V. Além disso, testes com sinais de frequência de 300 Hz e forma de onda triangular confirmaram que o amplificador mantém a linearidade e a integridade do sinal, apenas amplificando e invertendo a fase.Posteriormente, foi montado um circuito amplificador não inversor, que utiliza realimentação positiva e cujo ganho é dado por:\[A_v = 1 + \frac{R_2}{R_1}\]Neste caso, o ganho medido foi aproximadamente 4,1, com o sinal de saída em fase com o sinal de entrada. Testes similares de saturação e variação de frequência foram realizados, confirmando o funcionamento esperado do circuito. A principal diferença entre os dois circuitos está na fase do sinal de saída e no valor do ganho, que é positivo e maior que 1 no amplificador não inversor.### Experimento 02 – Filtros Ativos com Amplificadores OperacionaisO segundo experimento explorou a aplicação dos amplificadores operacionais na construção de filtros ativos, que são circuitos capazes de modificar a resposta em frequência de sinais elétricos. Foram testados quatro tipos principais de filtros:- Passa-baixas (FPB)- Passa-altas (FPA)- Passa-faixa (FPF)- Rejeita-faixa (não detalhado no texto)O circuito base novamente utilizou o LM358. Para cada filtro, a frequência de corte foi calculada com base no número do RU do aluno, multiplicado por um fator específico para cada tipo de filtro, e os componentes resistores e capacitores foram dimensionados para atingir essas frequências.#### Filtro Passa Altas (FPA) de Segunda OrdemA frequência de corte foi definida em 300 Hz, com ganho calculado em 2,5. O capacitor escolhido foi de 68 nF, e o resistor foi ajustado para 6,8 kΩ, resultando numa frequência de corte real aproximada de 350 Hz. A resposta do filtro foi medida para diversas frequências, mostrando que o ganho aumenta com a frequência, conforme esperado para um filtro passa-altas. A tabela e o gráfico apresentados indicam que o filtro atinge seu ganho máximo próximo à frequência de corte e mantém a amplificação para frequências superiores.#### Filtro Passa Baixas (FPB)Para o filtro passa-baixas, a frequência de corte foi calculada em 6.000 Hz, utilizando um capacitor de 22 nF e resistor de aproximadamente 1,2 kΩ. A resposta do filtro mostrou que o ganho é maior para frequências abaixo da frequência de corte e diminui para frequências superiores, caracterizando o comportamento típico de um filtro passa-baixas. Foram feitas medições em várias frequências, incluindo 5.000 Hz, 7.500 Hz e 12.000 Hz, confirmando a queda do ganho acima da frequência de corte.#### Filtro Passa Faixa (FPF)O filtro passa-faixa foi testado com uma faixa central em torno de 700 Hz, e a resposta mostrou um ganho máximo próximo a essa frequência, com atenuação para frequências fora da faixa. Os dados indicam que o filtro amplifica sinais dentro da faixa desejada e rejeita sinais fora dela, conforme esperado.### Conclusões GeraisOs experimentos realizados permitiram uma compreensão prática do funcionamento dos amplificadores operacionais em diferentes configurações, tanto para amplificação de sinais quanto para filtragem ativa. Foi possível observar a importância da escolha correta dos componentes para atingir as características desejadas, como ganho e frequência de corte. Embora algumas discrepâncias entre os valores calculados e medidos tenham ocorrido, elas são atribuídas a fatores comuns em eletrônica analógica, como tolerâncias dos componentes, ruídos e variações na fonte de alimentação.O uso de potenciômetros para ajustar resistores permitiu acompanhar as variações do ganho e da frequência de corte, facilitando a análise do comportamento dos circuitos. Os resultados confirmaram os princípios teóricos estudados, evidenciando a aplicabilidade dos amplificadores operacionais em projetos eletrônicos práticos.---### Destaques- O amplificador operacional LM358 foi utilizado para montar circuitos amplificadores inversores e não inversores, com ganhos próximos aos valores teóricos.- O ponto de saturação do amplificador limita a amplitude máxima do sinal de saída, dependente da tensão da fonte de alimentação.- Filtros ativos passa-altas, passa-baixas e passa-faixa foram projetados e testados, demonstrando respostas em frequência conforme esperado.- Pequenas diferenças entre valores teóricos e práticos são comuns em eletrônica analógica devido a tolerâncias e ruídos.- O uso de potenciômetros facilitou o ajuste fino dos circuitos, permitindo melhor compreensão do comportamento dos amplificadores operacionais.