Lab2aula 8

Germano Maioli Penello

IF-UFRJ

2019-1

www.if.ufrj.br/~gpenello/Lab2_2019-1.html

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Projetos

1Spinner calibrado com controle de velocidade com potenciostato (PWM, snubber) Iniciado por grupo anteriormente

2Controlador de temperatura com peltier Iniciado por grupo anteriormente

3Painel solar que segue o sol (combinação de LDRs, algoritmo para determir gradiente de intensidade em dtheta.dphi) Iniciado por grupo anteriormente

4Amperímetro (determinar a faixa de corrente) Iniciado por grupo anteriormente

5Automação da aquisição de dados do experimento de efeito Hall de Lab 3. Iniciado por grupo anteriormente

6Gerador de função (quadrada e senoidal) Sallen-Key + Switched capacitor. Iniciado por grupo anteriormente

7Monitoramento de rede elétrica (qualidade e queda de luz) Iniciado por grupo anteriormente

8posicionador de lente controlado por controle (automaticamente procura o ponto focal) Iniciado por grupo anteriormente

9Medida de comprimento de tubo por FFT Iniciado por grupo anteriormente

10Adaptação de experiências de física para alunos com deficiências

11Monocromador com rede de diffração (rede de difração motorizada e fenda) e detector (sensor e circuito amplificador) controlado por arduino.

12Ohmímetro (determinar a faixa de resistência; fonte de corrente constante)

13Medição ótica da velocidade de Chopper (ventilador; CI contador e D-FF [shift register], sistema luminoso);

14Identificação de experimento de Fis. Exps. para automatizar

15Sistema de controle de uso de equipamento (registro de usuário / liberação de utilização / log de uso)

16Switched capacitor amplifier (ganho controlado pela saída do arduino)

17Switched capacitor filter (frequencia de corte determinada pela saída do arduino)

18Maquina CNC para fabricação de circuito impresso

19Espectroscópio com webcam (calibrado)

20Microscópio com webcam (eixos controlados por motores / perfilômetro baseado em foco do microscopio?)

21micromanipulador controlado por motores

22Perfilômetro

23Interferômetro de michelson

24Construir um medidor de vacuo

25Medidor de componentes eletrônicos

26Modelos em grande escala do funcionamento de equipamentos

27Levitação acústica com sonar ou imã

28Medidor de sala limpa (temp., umidade, contador de partículas)

29Controlador de temperatura com heater2

Infinidade de circuitos https://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf

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Pergunta

• Os coeficientes de Fourier de uma onda quadrada tem como resultado os múltiplos impares de frequência da frequência fundamental (F0), como mostra a imagem. Qual deve ser a frequência de corte de um circuito para transformar uma onda quadrada em uma senoidal de frequência igual à fundamental?

(A) Fc = 0,5 F0

(B) Fc = F0

(C) Fc = 2 F0

(D) Fc = 4 F0

(E) É impossível obter uma senóide a partir de uma onda quadrada

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Análise de circuito

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Análise de circuito

Se w → infinito: Vs/Ve = 0Se w → 0 : Vs/Ve = -R2/R1

Wc = (R2C)-1 : Vs/Ve = -(R2/R1)(1/21/2) → Queda de 2-1/2 (3 dB) no ganho. Calcule!6

Resposta em frequência

Passa baixa Passa alta

Analise W→ꚙ e verifique que o decaimento segue a reta de -20dB/década.

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Largura de banda

Se medirmos a função de transferência em função de w, obtemos o gráfico abaixo:

Resposta em amplitude do amplificador

Largura de banda é definida como a faixa de frequência em que a resposta em

amplitude é constante dentro de 3 dB (~0.707).

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Classificação de amplificadoresBaseado apenas na largura de banda

Acoplado capacitivamente (amplificador AC)

Diretamente acoplado (amplificador DC)

Passa-banda (filtro passa-banda)

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Amplificador - linearidade

A = 1 (inclinação da reta) Distorções não lineares

v0(t) = A vi(t) + B vi(t)2 + C vi(t)

3 + …10

• Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em uma onda senoidal com também 5V de amplitude e com 1KHz.

Atividade

1º harmônico = 2*10/p

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SimulaçãoOnda quadrada de 100HzGanho = 1

FFT

R = 1kWC = 1mFt=1ms

12

SimulaçãoOnda quadrada de 100HzGanho = 1

FFT

R = 1kWC = 1mFt=1ms

13

SimulaçãoOnda quadrada de 100HzGanho = 1

FFT

R = 1kWC = 1mFt=1ms

14

SimulaçãoOnda quadrada de 100HzGanho = 1

Transiente da simulação

R = 1kWC = 1mFt=1ms

15

SimulaçãoOnda quadrada de 100HzGanho = 1

FFT

Transiente da simulação

R = 1kWC = 1mFt=1ms

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Opamp somador

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Opamp somador𝐼𝐹 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3

𝐼3 =𝑉3𝑅3

𝐼2 =𝑉2𝑅2

𝐼1 =𝑉1𝑅1

0 − 𝑅𝐹𝐼𝐹 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐹(𝑉1𝑅1

+𝑉2𝑅2

+𝑉3𝑅3)

Se R1 = R2 = R3 = Rin

𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐹𝑅𝑖𝑛

(𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3)

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Opamp derivador

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 19

Opamp derivador

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html

𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛

0 − 𝑅𝐹𝐼𝐹 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝐶 = 0 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝐶 =𝑄

𝐶

I𝑖𝑛 =𝑑𝑄𝐶𝑑𝑡

=𝑑(𝑉𝑖𝑛𝐶)

𝑑𝑡= 𝐶

𝑑𝑉𝑖𝑛𝑑𝑡

𝑉𝑜𝑢𝑡𝑅𝐹

= −𝐶𝑑𝑉𝑖𝑛𝑑𝑡

→ 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐹𝐶𝑑𝑉𝑖𝑛𝑑𝑡

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Opamp derivador

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 21

Opamp integrador

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 22

Opamp integrador

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html

𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛

0 − 𝑉𝐶 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛 − 𝑖𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛 = 0 𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑖𝑛

I𝑓 =𝑑𝑄𝐶𝑑𝑡

=𝑑(𝑉𝑜𝑢𝑡𝐶)

𝑑𝑡= 𝐶

𝑑𝑉𝑜𝑢𝑡𝑑𝑡

𝑉𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛

= −𝐶𝑑𝑉𝑜𝑢𝑡𝑑𝑡

→ 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −1

𝑅𝑖𝑛𝐶𝐹∫ 𝑉𝑖𝑛𝑑𝑡

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Opamp ganho logaritmo

https://www.tutorialspoint.com/linear_integrated_circuits_applications/linear_integrated_circuits_applications_log_and_anti_log_amplifiers.htm

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Opamp ganho logaritmo

https://www.tutorialspoint.com/linear_integrated_circuits_applications/linear_integrated_circuits_applications_log_and_anti_log_amplifiers.htm

𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛

𝐼𝐷 = 𝐼𝐹 = 𝐼𝑠(𝑒𝑒𝑉𝐷𝑘𝐵𝑇 − 1)

𝑉𝑖𝑛 − 𝑖𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛 = 0 𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑖𝑛

0 − 𝑉𝐷 = 𝑉0

𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝐼𝑠(𝑒−𝑒𝑉0𝑘𝐵𝑇 − 1)

Desprezando o termo -1

𝑉0 = −𝑘𝐵𝑇

𝑒ln(

𝑉𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛𝐼𝑠

)

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Comparador Schimtt

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html 26

Comparador Schimtt

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html

Imagine que Vout está saturado em +Vcc :1. O divisor de tensão feito com R1 e R2

aplica uma tensão VREF no terminal não-inversor;

2. Quando a tensão Vin é ligeiramente maior do que a tensão do divisor de tensão entre R1 e R2, o circuito satura em –VEE.

3. O divisor de tensão feito com R1 e R2

aplica uma tensão VREF no terminal não-inversor (agora negativa);

4. Quando a tensão Vin é ligeiramente menor do que a tensão do divisor de tensão entre R1 e R2, o circuito satura em +VCC.

5. Volte ao passo 1...

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Gerador de onda quadrada (multivibrador)

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html 28

Gerador de onda quadrada (multivibrador)

https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html

Imagine que Vout saturou em +Vcc e que o capacitor está descarregado:1. Capacitor tenta carregar até atingir

+Vcc através do resistor de 50kW.2. Quando a tensão do capacitor é

ligeiramente maior do que a tensão do divisor de tensão entre R1 e R2, o circuito satura em –VEE.

3. Agora, o capacitor começa a descarregar para atingir –VEE através do resistor de 50KW.

4. Quando a tensão do capacitor é ligeiramente menor do que a tensão do divisor de tensão entre R1 e R2, o circuito satura em +VCC.

5. Volte ao passo 1...

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Experiência

• Refazer a experiência da aula passada (quem não conseguiu medir o sinal) → Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em uma onda senoidal.

• Escolher um dos circuitos das páginas 93, 94 e 95 para montar no protoboard e medir (integrador, derivador, amplificador logaritmo, gerador de onda quadrada).

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