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
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
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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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
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 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
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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