Atividade Prática Instrumentação Eletrônica

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Experimento 01 – Amplificadores Operacionais
Aluno: Marcelo Luz Da Silva Centro Universitário Uninter
Pap –  R. 15 de Novembro, 288 - 1 e 2 - Frota, Cachoeira do Sul - RS, 96508-750
Instrumentação Eletrônica
Resumo: Neste trabalho, será realizado experimento com a aplicação de circuitos integrado, compostos de amplificadores operacionais. A idéia é projetar e testar circuitos com amplificadores operacionais (AmpOp) e verificar sua funcionalidade.
- Introdução.
Como base do experimento, faremos alguns testes e aplicação de circuitos com amplificadores, inicialmente vamos montar um circuito inversor e após, um circuito amplificador não inversor.
O circuito integrado base do experimento, será o Amp Op LM358, composto por dois amplificadores conforme diagrama abaixo:
Figura 1: Circuito integrado AOP LM358
– Experimento - Circuito Amplificador Inversor:
Este circuito tem como base a realimentação negativa e o seu ganho é determinado pela relação existente entre os resistores R1 e R2.
Figura 2: Circuito Amplificador inversor.
A fórmula para determinar o ganho do circuito é determinada por:
, e como a base do experimento é tomar como base o número do RU (1234723), o ganho assumido pelo último dígito do RU será de -3, logo para calcularmos o valor dos resistores, estou admitindo o valor de R1 de 1,5Komhs, logo:
Av=R2/R1	-3=R2/1.500	R2= 4.500ohms, logo R2comercial = 4,7Kohms.
2.1 - Experimento Prático.
Gráficos de sinal, captura da tela do osciloscópio:
Tensão entrada 500mv Tensão entrada 10V
Tabela de comparativo com o valor de ganho calculado e ganho medido no circuito.
	
	
	-3,13
	-3,12
Tabela 1: Representação do ganho.
Abaixo, segue um print da tela de medições do osciloscópio. É possível verificar que a amplitude do sinal de entrada (canal 1) está em 1V, e abaixo no sinal 2 o sinal está em 3,12V e desta forma, confirmamos a funcionalidade do circuito com ganho calculado de - 3,13. Negativo pois o circuito inversor inverse o sinal de saída e ele fica 180 graus defasado com o de entrada.
Figura 3: Representação dos sinais de entrada e saída do amplificador.
Neste circuito, a resposta da saída é linear, o sinal é amplificado e devido a sua alta impedância, baixa impedância de saída, produz um ganho estável, logo o sinal não é distorcido ou alterado e fica praticamente em fase com sinal de entrada.
Logo abaixo, segue uma captura de tela apresentando o ponto de saturação do circuito, onde o sinal de saída não ultrapassa o nível de tensão de alimentação da fonte. Como a impedância do circuito é muito alta, praticamente não se tem perdas e é possível ter quase que a tensão nominal da fonte no sinal amplificado. Neste caso, a tensão da fonte é + e – 9Vcc e a saturação ocorre quando o sinal de entrada ultrapassar cerca de 3,3V (com base no ganho de 3,13V e 9V da fonte de alimentação).
Figura 4: Representação dos sinais de entrada e saída do amplificador no momento de saturação do AOP.
Quando elevamos o sinal de entrada para 10V, o sinal de saída satura e acima da tensão de entrada da fonte center tape, o sinal é cortado e fica no limite da alimentação da fonte. A tensão de saída que um AOP pode fornecer é limitada ao valor da tensão da fonte de alimentação. Um amplificador está saturado positivamente quando sua saída atinge a máxima tensão positiva. Da mesma forma, um AOP estará saturado negativamente quando a sua saída atingir a máxima tensão de saída negativa. Assim, a tensão de saturação representa a máxima tensão que um amplificador operacional consegue fornecer em sua saída.
Figura 5: Exemplo de sinal de saída quando saturado, igual ao representado acima na figura 4
Agora, vamos fazer um teste alterando a frequência e o sinal de entrada, aplicando 300HZ e uma forma de onda triangular.
Figura 6: Forma de onda triangular, 300HZ e saturação do sinal de saída.
É possível verificar que o sinal apresenta linearidade, gerando apenas amplificação do sinal, não o deforma ou muda a sua frequência. Ele amplifica conforme o ganho, inverte em 180 graus e satura da mesma forma que o outro sinal, isso quando passa da tensão de alimentação da fonte.
– Experimento - Circuito Amplificador Não Inversor:
Este circuito tem como base a realimentação positiva e o seu ganho é determinado pela relação existente entre os resistores R1 e R2.
Abaixo um print da tela do software do osciloscópio apresentando os sinais de entrada e saída do circuito. Tensão de entrada em 1,05 e saída em 4,31V.
Figura 7: Sinais de entrada e saída circuito amplificador não inversor.
	
	
	4,13
	4,10
Tabela 2: Representação do ganho Circuito Não inversor.
Para verificar se o funcionamento dos dois circuitos são igual, vamos simular algumas condições tipo saturação, alteração da forma de onda e frequência do circuito. Os gráficos abaixo indicam o mesmo princípio de funcionamento, apenas com a diferença de que o ganho é positivo, soma-se +1 e o sinal fica em fase entre a entrada e a saída.
Figura 8: Saturação sinal de saída em circuito não inversor.
Figura 9: Sinal de onda quadrada e frequência de 350Hz em circuito amplificador não inversor.
– Conclusão
Com base nos circuitos aplicados e experimentos realizados, foi possível analizar o funcionamento dos circuitos amplificadores. Executei vários testes para comparar o funcionamento, alterei frequência, ganhos, ajustes de tensão, fonte de entrada, etc. Vários conhecimentos e abordagens estão associadas à experiência realizada, logo o experimento agregou conhecimento e comprovei na prática todos os conceitos envolvidos.
Experimento 02 – Filtros Ativos
Resumo: Neste trabalho, será realizado experimento com a aplicação de circuitos integrado, compostos de amplificadores operacionais. A idéia é projetar e testar circuitos com amplificadores operacionais (AmpOp) na configuração de filtros ativos e verificar sua funcionalidade.
- Introdução.
Como base do experimento, faremos alguns testes e aplicação de circuitos com amplificadores com a finalidade de gerar filtros de sinal. Serão 4 tipos de filtros que faremos testes:
Passa baixas;
Passa altas;
Passa faixa;
Rejeita faixa.
O circuito integrado base do experimento, será o Amp Op LM358, composto por dois amplificadores conforme diagrama abaixo:
Figura 1: Circuito integrado AOP LM358
- EXPERIÊNCIA 1:
FILTRO PASSA ALTAS (FPA) DE SEGUNDA ORDEM.
Figura 2: Filtro passa altas (fpa)
Como base do experimento, será utilizado o número do RU (1234723) multiplicado por 100, para determinar a frequência de corte:
Hz(corte)= RU x 100 = 3 x 100 = 300Hz
O ganho do circuito será determinado pelo cálculo: Av= 1+R2/R1 = 1+ 15K/10K = 2,5
Os resistores R e capacitores C vão determinar o corte do circuito.
Para o valor de C, utilizarei o capacitor de 68nF, consequentemente precisamos saber o valor de R:
R=1 / 2pi x 300Hz x 68x10-9 = 7,8kΩ
Considerando um resistor comercial e recalculando a frequência de corte, pegaremos como padrão o resistor de 6,8Kohms e nesta condição a frequência agora será de aproximadamente 350Hz.
Como padrão, será considerado o corte com 70% do AV máximo. Abaixo uma representação dos resultados obtidos.
	
†[Hz]
	
vi[V]
	
vo[V]
	
AV=vo/vi|
	50
	2,58
	1,29
	0,5
	75
	2,58
	2,32
	0,89922481
	100
	2,58
	3,23
	1,25193798
	125
	2,58
	3,61
	1,39922481
	150
	2,58
	3,84
	1,48837209
	200
	2,58
	4,14
	1,60465116
	250
	2,58
	4,4
	1,70542636
	300
	2,58
	4,56
	1,76744186
	350
	2,58
	4,7
	1,82170543
	500
	2,58
	5,09
	1,97286822
	1000
	2,58
	5,68
	2,20155039
	5000
	3
	7,22
	2,40666667
	20000
	3,01
	7,11
	2,36212625
Tabela 1: resposta Filtro Passa Altas
Ganho
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	F
1,8
	L =
21
	3
70
	50
54
	;
2
	
6Filtro
 
Passa
 
Alta
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
100
1000
Frequência
10000Gráfico 1: Representação da resposta do filtro passa altas.
- EXPERIÊNCIA 2: FILTRO PASSA BAIXAS (FPB)
Figura 3: Filtro passa baixas (fpb)
Como base do experimento, será utilizado o último número do RU (1234723) multiplicado por 2000, para determinar a frequência de corte:
Hz(corte)= RU x 2000 = 3 x 2000 = 6000Hz
O capacitor por convenção, adotarei o valor de 22nF, logo precisamos calcular o resitor R:
R=1 / 2pi x 6000Hz x 22x10-9 = 1,2kΩ
	
†[Hz]
	
vi[V]
	
vo[V]
	
AV=vo/vi|
	100
	1
	2,51
	2,51
	500
	1
	2,53
	2,53
	1000
	1
	2,53
	2,53
	1500
	1
	2,57
	2,57
	2000
	1
	2,63
	2,63
	2500
	1
	2,76
	2,76
	3000
	1
	2,8
	2,8
	4000
	1
	2,85
	2,85
	5000
	1
	3,05
	3,05
	5500
	1
	3,25
	3,25
	6000
	1
	3,43
	3,43
	7000
	1
	3,19
	3,19
	7500
	1
	3
	3
	8000
	1
	2,9
	2,9
	10000
	1
	2,16
	2,16
	12000
	11
	0,74
	0,06727273
Filtro
 
Passa
 
Alta
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
100
1000
Frequência
10000
GanhoTabela 2: Resposta Filtro Passa Baixas
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	FH
	:
	6
	000; 2,98
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Gráfico 2: Representação da resposta do filtro passa baixas.
Figura 4: Frequência em 5000hz
Figura 5: Frequência em 7.500hz
Figura 6: Frequência em 12000hz
EXPERIÊNCIA 4: FILTRO PASSA FAIXA(FPF)
Figura 7: Diagrama filtro passa faixa
	
†[Hz]
	
vi[V]
	
vo[V]
	
AV=vo/vi|
	1
	1
	0,45
	0,45
	50
	1
	0,53
	0,53
	100
	1
	1,3
	1,25
	200
	1
	1,68
	1,68
	300
	1
	1,94
	1,94
	400
	1
	2,2
	2,2
	500
	1
	2,3
	2,3
	600
	1
	2,36
	2,36
	700
	1
	2,45
	2,45
	1000
	1
	2,46
	2,46
	2000
	1
	2,49
	2,49
	4000
	1
	2,67
	2,67
	6000
	1
	2,98
	2,98
	7000
	1
	2,71
	2,71
	8500
	1
	2,57
	2,57
	10000
	1
	2,12
	2,12
	12000
	1
	0,87
	0,87
Tabela 3: Resposta Filtro Passa Baixas
Ganho
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	H:
	7000;
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	F
	
	: 4
	00; 2,
	2
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Filtro
 
Passa
 
Alta
3,5
F
2,71
3
2,5
2
L
1,5
1
0,5
0
1
10
100
Frequência
1000
10000Gráfico 2: Representação da resposta do filtro passa baixas.
5 – Conclusão:
Os experimentos realizados, serviram para analisar o funcionamento dos circuitos amplificadores. Tive algumas dificuldades na resposta do circuito com base no cálculo realizado. Os valores não fecharam exatamente, mas por se tratar de eletrônica analógica, valores da fonte com algum diferencial, ruído, etc, entendo que é normal para o experimento, porém nos três casos pude evidenciar o princípio de funcionamento, inclusive ao invés de resistores fixos na posição R, utilizei potenciômetros e alterei valores para acompanhar as variações conforme valores ôhmicos.