Atividade Prática de Instrumentação Eletrônica

GRÁFICO NO EXCEL 2016 Tabela e gráfico de Resposta em Frequência de um sistema Eng Viviana R Zurro MSc Resumo Passo a passo para traçar um gráfico de resposta em frequência de um sistema eletrônico Configuração dos Eixos Rótulos dos Eixos Marcação de pontos específicos do gráfico 1 Dados obtidos no osciloscópio Fórmula 2 Selecionar as colunas somente os números 3 Selecionar aba Inserir Selecionar Gráfico de Dispersão X Y ou de Bolha 4 Selecionar Dispersão com Linhas Suaves e Marcadores 5 Colocar o Título do gráfico se necessário 6 Clicar na Figura para aparecer os Elementos do gráfico 7 Em Elementos do gráfico selecionar Título dos Eixos e colocar os nomes dos eixos com as unidades OBRIGATÓRIO 8 Posicionar o mouse em cima do eixo horizontal até aparecer a legenda e clicar com o botão direito Selecionar Formatar Eixo 10 Colocar o mínimo valor da frequência da coluna A 100 neste caso 11 Colocar o máximo valor da frequência da coluna A 1000 neste caso 12 Definir as Unidades Principal e Secundária 13 Escolher Escala Logarítmica Base 10 14 Escolher Marcas da Escala Principal 15 Escolher Marcas da Escala Secundária 16 Frequências de corte Clicar duas vezes com o botão esquerdo do mouse no ponto da frequência de corte somente esse ponto deve ser selecionado e logo depois clicar com o botão direito Escolha o preenchimento Formate o Rótulo do ponto f vi vo Av 100 216 23 1064815 135 216 25 1157407 177 216 36 1666667 200 216 4 1851852 220 216 425 1967593 70 Avmáx 245 216 47 2175926 290 216 51 2361111 300 216 53 2453704 400 216 59 2731481 407 216 62 287037 412 216 61 2824074 Banda 430 216 61 2824074 Passante 450 216 61 2824074 480 216 597 2763889 494 216 594 275 500 216 592 2740741 550 216 512 237037 600 216 44 2037037 625 216 424 1962963 70 Avmáx 640 216 37 1712963 680 216 35 162037 700 216 32 1481481 800 216 24 1111111 1000 216 16 0740741 Rótulo do ponto f vi vo Av 100 216 23 1064815 135 216 25 1157407 177 216 36 1666667 200 216 4 1851852 220 216 425 1967593 70 Avmáx 245 216 47 2175926 290 216 51 2361111 300 216 53 2453704 400 216 59 2731481 407 216 62 287037 412 216 61 2824074 Banda 430 216 61 2824074 Passante 450 216 61 2824074 480 216 597 2763889 494 216 594 275 500 216 592 2740741 550 216 512 237037 600 216 44 2037037 625 216 424 1962963 70 Avmáx 640 216 37 1712963 680 216 35 162037 700 216 32 1481481 800 216 24 1111111 1000 216 16 0740741 1 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Atividade Prática de Instrumentação Eletrônica Abaixo você encontra o roteiro para a realização dos experimentos práticos da disciplina que contarão com o uso de materiais e equipamentos disponíveis no kit polo e simulações Após realizar as experiências você deverá organizar os resultados em um relatório conforme o modelo de relatório disponibilizado na disciplina e entregar o relatório em pdf através do menu Trabalhos DÚVIDAS FREQUÊNTES 1 AGENDAMENTO Cada experimento é estruturado em três etapas teórica simulada e experimental As etapas teórica e simulada podem ser realizadas em casa Já a etapa experimental requer ferramentas específicas como protoboard multímetro e fontes de tensão que são fornecidas pelo polo Para acessar e utilizar este kit de ferramentas é necessário realizar um agendamento prévio através do menu Avaliações no AVA A atividade prática não precisa ser realizada obrigatoriamente no polo a exigência do MEC é que ela seja realizada de forma prática e experimental Caso você tenha acesso aos equipamentos necessários em casa no trabalho ou outro local você pode utilizar sem a necessidade de ir ao polo ATENÇÂO Não será permitida a execução da parte experimental com software de simulação como Tinkercad por exemplo é obrigatório realizar os experimentos fisicamente 1 2 KIT POLO O polo de apoio presencial possuí KITs com os equipamentos necessários para a realização da atividade como multímetro protoboard e fonte de tensão Porém é necessário adquirir os componentes eletrônicos consumíveis como circuitos integrados resistores capacitores LED e etc Para a utilização do kit Polo é necessário realizar o agendamento através do AVA Sendo assim é recomendado que você não deixe para realizar a atividade nos últimos dias visto que pode ser mais difícil encontrar data e horário disponível para o uso do kit 2 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Equipamentos disponíveis no polo 2 Fontes de Alimentação Multímetro Digital Alicate amperímetro Osciloscópio e Gerador de Sinais Pontas de Prova jacarébanana Protoboard No caso da atividade prática desta disciplina serão utilizados os seguintes equipamentos do polo 1 Fonte de Alimentação Multímetro Digital Protoboard Osciloscópio e Gerador de Sinais Além disso você precisa dos seguintes consumíveis verificar a compra caso você não os tenha CONSUMÍVEIS NÃO FORNECIDOS PELO POLO Qtd Descrição Modelo 1 Amplificador Operacional LM358 ou LM741 Diversos Resistores Valor dependerá do projeto Diversos Capacitores Cerâmicos Valor dependerá do projeto Diversos Fio para conexão na protoboard Os consumíveis podem ser comprados em lojas física ou online de sua preferência Caso prefira A UNINTER tem uma loja online com todos esses consumíveis httpswwwlojaunintercom Realize a compra dos consumíveis até as primeiras duas semanas da fase a fim de não atrasar a realização da sua atividade prática 3 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza 3 Fotos dos experimentos no relatório Sempre que elaboramos um relatório é necessário apresentar o máximo de informação possível O relatório precisa ser redigido de forma que o professor responsável pela correção consiga identificar se houve aprendizado Para isso é fundamental que todas as informações necessárias estejam incluídas Isso envolve verificar se os cálculos e equações foram aplicados corretamente se os circuitos foram montados de maneira adequada e por fim se os resultados apresentados estão corretos Para isso é necessário apresentar as equações utilizadas telas de simulação e fotos dos experimentos Não é preciso detalhar todos os cálculos e nem mostrar todas as telas e fotos mas é essencial apresentar o suficiente para demonstrar o que foi realizado e como foi feito Para as fotos da parte experimental apresente um papel com o seu nome e RU escrito à mão ou um documento pessoal junto ao circuito assim comprovando que realmente montaram o circuito como no exemplo abaixo 4 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza 2 4 Modelo de relatório O relatório deve ser entregue seguindo o modelo fornecido no AVA Esse relatório deve contar uma breve introdução teórica metodologia discussão de resultados e conclusão Os experimentos podem ser entregues em arquivo único ou arquivos separados Ao postar no AVA certifiquese de que anexou todos os arquivos antes de finalizar 3 5 Simuladores de circuitos Para a realização dos experimentos serão utilizados os simuladores de circuitos LogiSim e SimulIDE Para utilização e instalação destes simuladores confira a aula sobre simuladores no AVA da disciplina As simulações servem como suporte e guia para a realização dos experimentos práticos Sendo assim eu recomendo que realize primeiro as simulações e depois reproduza com os equipamentos do kit Com intuito de aprendizagem recomendo que acessem ao site httpswwwtinkercadcom e utilizem o Thinkercad para simular os circuitos utilizando uma protoboard e entender o funcionamento dela Caso já tenha familiaridade com algum simulador de circuitos ou prefira é permitido utilizar qualquer outro 5 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Experiência 1 Amplificador Inversor OBJETIVO Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos de amplificadores operacionais AmpOp abordados na disciplina de Instrumentação Eletrônica e projetar um amplificador inversor Além de aprender a realizar caracterização elétrica de circuitos utilizando instrumentos de medição MATERIAL UTILIZADO Componentes Quantidade Material Utilizado 1 Amp Op LM358 ou LM741 Variados Resistores Equipamentos Ferramentas kit Quantidade Descrição 1 Osciloscópio 1 Multímetro 2 Fontes de Alimentação ou Fonte Simétrica 1 Protoboard 1 Gerador de funções Termo de responsabilidade Disclaimer Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas nos mesmos são de total responsabilidade do aluno 6 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Diagrama de pinos do amplificador operacional LM358 LM741 Vcc 7 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza INTRODUÇÃO 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 destaque executando as mais variadas funções com um único circuito integrado e poucos componentes externos Estude as Aulas Práticas no AVA e siga exatamente as dicas de montagem dos circuitos PROJETO Escolha um valor de ganho entre 2 VV e 8 VV Dado o circuito da figura 1 projeto os valores dos resistores para que o amplificador inversor tenha o valor do ganho escolhido Sendo o ganho AV dado pela equação 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 𝑅2 𝑅1 Adote o resistor 𝑅1 entre 1kΩ e 33kΩ e calcule 𝑅2 em função dele Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo exemplo se o resistor calculado foi de 3kΩ adotar 27kΩ ou 33kΩ não tem problema em adotar um ou o outro Recalcule o ganho de tensão utilizando os valores comerciais dos resistores adotados e coloque este valor na Tabela 1 Figura 1 Amplificador inversor Neste esquema os terminais de alimentação do circuito não são mostrados 25V 8 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Segue abaixo um exemplo de como montar o circuito utilizando o LM358 Figura 2 Amplificador inversor montado na protoboard utilizando o LM358 Todos os terras ou GND do circuitos deverão estar conectados entre si fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga entre eles Observe na figura 2 que o ponto central da bateria terra está conectado ao terra do gerador de funções e assim neste ponto será conectado a ponta de prova do terra do osciloscópio conector do tipo jacaré LM358 9 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1 Utilize o LM358 para a montagem do circuito caso não tenha este CI substitua pelo LM741 Observe que os dois CIs possuem terminais diferentes 2 Verifique os terminais do circuito integrado CI e monte o circuito da Figura 1 Certifiquese que a ou as fonte de alimentação e o terminal terra estão nos pinos corretos 3 Conecte a fonte simétrica ao CI sendo 12 V no terminal do Vcc e 12V no terminal Vcc 4 Ajuste o Gerador de Funções para fornecer um sinal senoidal de 25 V de tensão de pico a pico aproximado com uma frequência aproximada de 1kHz 5 Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal de saída a A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indicado nas figuras acima Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito b Mostre em um gráfico os sinais de entrada e saída De preferência coloque um print da tela do osciloscópio Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 3 levando em conta que o ganho vai ser diferente para cada aluno c Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 e preencha a Tabela 1 d Varie o formato amplitude forma de onda quadrada triangular dente de serra e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída A resposta do sistema é linear Porque Pesquise e Substitua o resistor R2 por um maior com pelo menos o dobro do valor de resistência resistência O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande Porque Pesquise f Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Pode ser ligeiramente diferente explique porque 10 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Figura 3 Sinais de entrada e saída do amplificador inversor O sinal de saída está invertido porque o amplificador é inversor e tem ganho negativo Tabela 1 Ganho do amplificador inversor AVcalculado 𝑹𝟐 𝑹𝟏 AVmedido 𝒗𝒐 𝒗𝒊 DESENVOLVIMENTO Elaborar um relatório deste experimento utilizando o modelo de relatório fornecido no AVA Este relatório deverá conter todos os itens solicitados como objetivo introdução fundamentação teórica metodologia resultados e conclusões e referenciais bibliográficos Incluir fotos dos circuitos telas de captura das formas de onda e demais resultados obtidos com o osciloscópio Apresentar todos os cálculos do projeto e demais itens solicitados neste roteiro de procedimentos 11 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza ANEXO 1 Caso o gerador de função apresente uma componente DC na saída conecte um capacitor de 1µF ou 10µF em série com a fonte O capacitor irá funcionar como um filtro DC corrigindo o sinal Experiência 01 12 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Experimento 02 Filtros Ativos OBJETIVO Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos filtros ativos Butterworth de segunda ordem com amplificadores operacionais Amp Op abordados na disciplina de Instrumentação Eletrônica Além de aprender a realizar caracterização elétrica de circuitos utilizando instrumentos de medição MATERIAL UTILIZADO Componentes Quantidade Material Utilizado 2 Amp Op LM358 ou LM741 Variados Resistores Variados Capacitores Equipamentos Ferramentas kit Quantidade Descrição 1 Osciloscópio 1 Multímetro 2 Fontes de Alimentação ou Fonte Simétrica 1 Protoboard 1 Gerador de funções Termo de responsabilidade Disclaimer Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas nos mesmos são de total responsabilidade do aluno 13 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Diagrama de pinos do amplificador operacional LM358 LM741 Vcc 14 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza INTRODUÇÃO Um filtro é um dispositivo projetado para rejeitar ou atenuar determinadas frequências e deixar passar outras Pode ser um dispositivo passivo composto por capacitores resistores e indutores ou ativo composto por capacitores resistores e amplificadores realimentados amplificadores operacionais De acordo com a resposta em frequência eles se classificam em Passa baixas Passa altas Passa faixa Rejeita faixa PROJETO DE UM FILTRO PASSA ALTAS Dado o circuito da figura 1 projete o filtro ativo passa altas FPA Butterworth de segunda ordem com amplificadores operacionais Sendo o ganho AV dado por 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 1 𝑅2 𝑅1 22 Figura 4 Filtro Passa Altas Butterworth de segunda ordem Neste esquema os terminais de alimentação do circuito não são mostrados Para determinar a frequência de corte do filtro fL neste caso pegar o último número do RU do aluno e multiplicar por 100 Se for zero escolher o penúltimo número e assim por diante Exemplo RU 45068531 𝑓𝐿 1 2𝜋𝑅𝐶 𝟏𝑥100 100 𝐻𝑧 15 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte Eles têm que ser exatamente iguais os dois R e os dois C para colocar os dois polos na mesma frequência ordem 2 Escolha o capacitor C entre 47 e 100nF e calcule o resistor em função do capacitor escolhido Para o resistor calculado adotar o resistor de valor comercial mais próximo exemplo se o resistor calculado foi de 3kΩ adotar 27kΩ ou 33kΩ não tem problema em adotar um ou o outro Recalcule a frequência de corte agora com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na Tabela Todos os terras ou GND do circuitos deverão estar conectados entre si fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga entre eles O ponto central da bateria terra deverá estar conectado ao terra do gerador de funções e assim neste ponto será conectado a ponta de prova do terra do osciloscópio conector do tipo jacaré PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 6 Utilize o LM358 para a montagem do circuito caso não tenha este CI substitua pelo LM741 Observe que os dois CIs possuem terminais diferentes 7 Verifique os terminais do circuito integrado CI e monte o circuito da Figura 1 Certifiquese que a ou as fonte de alimentação e o terminal terra estão nos pinos corretos 8 Ligue as baterias 9 Ajuste o Gerador de Funções para fornecer um sinal senoidal de 25V de tensão de pico a pico aproximado com uma frequência variável 10 Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal de saída a A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito b Para uma frequência do sinal de entrada 5 kHz mostre num gráfico os sinais de entrada e saída De preferência coloque um print da tela do osciloscópio Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 2 c Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída varie a frequência e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 para cada frequência e preencha a Tabela 1 16 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza i Começe as medições numa frequência 10 vezes menor que fL calculada ii Tire 3 ou 4 medições até uma frequência ligeiramente menor que fL calculada iii Concentre as medições ao redor de fL iv A partir de uma frequência 20 superior a fL tire mais 4 ou 5 medições até uma frequência de 20kHz Figura 5 Sinais de entrada e saída do FPA na banda passante O sinal de saída está em fase com a entrada porque o amplificador é não inversor e tem ganho positivo 17 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Tabela 2 Resposta em frequência do FPA 𝒇𝑯𝒛 𝒗𝒊𝑽 𝒗𝒐𝑽 𝑨𝑽 𝒗𝒐 𝒗𝒊 11 Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valor da amplitude ganho é 70 da amplitude máxima 12 Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplificador Identifique a banda passante do amplificador O eixo da frequência deverá estar em escala logarítmica O gráfico deverá ficar parecido com o mostrado na Figura 3 18 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Figura 6 Resposta em frequência de um filtro passa altas Butterworth de ordem 2 NOTA 1 O passo a passo para a construção do gráfico em Excel está disponível no AVA NOTA 2 Devido as características deste projeto a resposta de saída pode ter um comportamento do tipo subamortecido Esta resposta faz com que o sinal de saída apresente um sobressinal na região de corte podendo apresentar um ganho de até 28 ficando o gráfico como na figura abaixo fL 0 05 1 15 2 25 3 100 1000 10000 Av f Hz 19 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza PROJETO DE UM FILTRO PASSA BAIXAS Dado o circuito da figura 1 projete o filtro ativo passa baixas FPB Butterworth de segunda ordem com amplificadores operacionais Sendo o ganho AV dado por 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 1 𝑅2 𝑅1 22 Figura 7 Filtro Passa Baixas Butterworth de segunda ordem Neste esquema os terminais de alimentação do circuito não são mostrados Para determinar a frequência de corte do filtro fH neste caso pegar o último número do RU do aluno e multiplicar por 2000 Se for zero escolher o penúltimo número e assim por diante Exemplo RU 45068531 𝑓𝐻 1 2𝜋𝑅𝐶 𝟏𝑥2000 2 𝑘𝐻𝑧 O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte Eles têm que ser exatamente iguais os dois R e os dois C para colocar os dois polos na mesma frequência ordem 2 Escolha o capacitor C entre 10 e 33nF e calcule o resistor em função do capacitor escolhido Para o resistor calculado adotar o resistor de valor comercial mais próximo exemplo se o resistor calculado foi de 3kΩ adotar 27kΩ ou 33kΩ não tem problema em adotar um ou o outro Recalcule a frequência de corte agora com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na Tabela1 20 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Todos os terras ou GND do circuitos deverão estar conectados entre si fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga entre eles O ponto central da bateria terra deverá estar conectado ao terra do gerador de funções e assim neste ponto será conectado a ponta de prova do terra do osciloscópio conector do tipo jacaré PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1 Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 25 V de tensão de pico a pico aproximado com uma frequência variável 2 Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal de saída a A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito b Para uma frequência do sinal de entrada igual à metade de fH mostre num gráfico os sinais de entrada e saída De preferência coloque um print da tela do osciloscópio Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 2 c Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída varie a frequência e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 para cada frequência e preencha a Tabela 1 i Começe as medições em 100 Hz ii Faça umas 3 ou 4 medições até uma frequência 20 inferior a fH iii Concentre as medições ao redor de fH iv A partir de fH faça 2 ou 3 medições até uma frequência igual ao dobro de fH 21 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Figura 8 Sinais de entrada e saída do FPA na banda passante O sinal de saída está em fase com a entrada porque o amplificador é não inversor e tem ganho positivo 22 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Tabela 1 Resposta em frequência do FPB 𝒇𝑯𝒛 𝒗𝒊𝑽 𝒗𝒐𝑽 𝑨𝑽 𝒗𝒐 𝒗𝒊 3 Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valor da amplitude ganho é 70 da amplitude máxima 4 Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplificador Identifique a banda passante do amplificador O eixo da frequência deverá estar em escala logarítmica O gráfico deverá ficar parecido com o mostrado na Figura 3 23 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza Figura 9 Resposta em frequência de um filtro passa baixas Butterworth de ordem 2 NOTA 1 O passo a passo para a construção do gráfico em Excel está disponível no AVA NOTA 2 Assim como o filtro Passa Altas devido as características deste projeto a resposta de saída pode ter um comportamento do tipo subamortecido Esta resposta faz com que o sinal de saída apresente um sobressinal na região de corte podendo apresentar um ganho de até 28 DESENVOLVIMENTO Elaborar um relatório deste experimento utilizando o modelo de relatório fornecido no AVA Este relatório deverá conter todos os itens solicitados como objetivo introdução fundamentação teórica metodologia resultados e conclusões e referenciais bibliográficos Incluir fotos dos circuitos telas de captura das formas de onda e demais resultados obtidos com o osciloscópio Apresentar todos os cálculos do projeto e demais itens solicitados neste roteiro de procedimentos fH 0 05 1 15 2 25 3 1 10 100 Av f Hz 24 Disciplina de Instrumentação Eletrônica Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza INFORMAÇÕES ADICIONAIS O intuito desta atividade é que você escreva com as suas palavras sobre os assuntos solicitados e aprenda a como escrever um relatório técnico ou um artigo É importante ressaltar que é considerado plágio quando se usa um texto exatamente igual a um já existente Acima de 5 palavras idênticas e na mesma sequência em uma frase essa frase é considerada que foi plagiada Em um trabalho acadêmico devese ler diversos textos de referência e reescrever com as suas palavras tudo o que foi entendido É possível fazer citação de trechos de um texto mas mesmo com citação é preciso ter o cuidado para que o seu trabalho não seja uma cópia idêntica PORTAL EDUCAÇÃO 2018 PORTAL EDUCAÇÃO O Crime de Plágio Disponível em httpswwwportaleducacaocombrconteudoartigosdireitoocrimede plagio50044 acesso em 11 de junho de 2018 CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA DE O TECNOLÓGO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL letra 14 times new roman centralizado maiúscula TÍTULO DO PROJETO letra 14 times new roman centralizado maiúscula negrito ALUNOS PROFESSOR letra 12 times new roman direita maiúscula CURITIBA PR ANO DO PROJETO letra 12 times new roman centralizado maiúscula SUMÁRIO RESUMOI 1 INTRODUCAO1 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA1 12 OBJETIVOS2 121 Objetivo geral2 122 Objetivos específicos2 2 METODOLOGIA3 21 TAMANHO DO TRABALHO3 22 ESPECIFICAÇÕES GERAIS PARA A FORMATAÇÃO DO TEXTO3 23 EQUAÇÕES4 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO5 4 CONCLUSÕES7 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS8 ANEXO A9 RESUMO Este documento apresenta instruções detalhadas e serve como modelo para a preparação de relatório para a disciplina de PBL Problem Based Learning da ESPU Escola Superior Politécnica UNINTER Por favor lembrese das seguintes diretrizes a digite o corpo do texto em coluna simples b utilize em torno de 30 páginas tamanho A4 21 x 297 cm cada qual com margens esquerda igual a 3 cm direita igual a 2 cm superior igual a 30 cm e inferior igual a 20 cm não inclua molduras c use a fonte Times New Roman tamanho 12 pt em todo o documento d prepare um resumo de no máximo 10 linhas apresentando as palavras chave em itálico e sempre use espaçamento 15 e alinhamento justificado f referências devem ser listadas em ordem alfabética no final do trabalho Palavraschave Primeira palavra Segunda palavra Terceira palavra máximo de 5 Abstract Here comes the abstract of the document in English Keywords First word second word third word maximum five i 1 INTRODUCAO Neste capítulo devem constar informações para situar o trabalho incluindo a delimitação do tema área de da abrangência do estudo a motivação ou justificativa e o problema que inspirou o trabalho Toda investigação se inicia por um problema uma questão ou uma dúvida uma pergunta articulada a conhecimentos anteriores ou seja identificar a dificuldade com a qual nos defrontamos Destacar a importância assim como a relevância social e científica da pesquisa relevância para a área 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Aqui devese apresentar as teorias e o embasamento teórico dos conceitos utilizados ao longo do trabalho incluindo as referências às suas fontes de pesquisa AZEVEDO 2009 Também trabalhos de outros autores correlatos A revisão da literatura deve ser atual Todas as referências listadas nas Referências Bibliográficas devem ter sido citadas pelo menos uma vez em algum ponto do texto Observar a maneira correta de fazer citações bibliográficas A citação deve vir entre parênteses utilizandose maiúsculas para o sobrenome dos autores seguido do ano da publicação Para citações com um dois ou três autores citamse todos por exemplo FERLIN CARVALHO e GONZAGA 2015 Para citações com mais do que três autores os três primeiros são citados seguidos da expressão latina et al ou et alli significa e os demais por exemplo FERLIN CARVALHO GONZAGA et al 2015 Entretanto nas Referências Bibliográficas todos os autores devem estar listados Uma pesquisa pode ser feita a partir de a documentação indireta i pesquisa documental feita em fontes primárias em arquivos públicos ou particulares fontes estatísticas ii pesquisa bibliográfica feita em fontes secundárias tais como artigos livros revistas publicações diversas sites de internet etc b documentação direta i pesquisa de campo ii observação direta entrevistas questionários formulários 1 12 OBJETIVOS Os objetivos são as metas que se pretende constatar verificar analisar Os objetivos pretendem sempre examinar o objeto dentro de determinados parâmetros É algo que deve ser verificável no final do trabalho 121 Objetivo geral Busca definir uma meta para todo o trabalho Está ligado à formulação do problema eou proposição das hipóteses 122 Objetivos específicos Estão ligados diretamente ao conteúdo à estrutura ao atendimento de questões mais particulares do trabalho uma vez alcançados ajudam a chegar ao objetivo principal Desenvolver verificar analisar investigar descrever comparar identificar são alguns verbos utilizados na elaboração dos objetivos 2 2 METODOLOGIA Aqui deve ser descrito o trabalho em si ou seja os métodos usados para a solução objeto de estudo A metodologia deve demonstrar a sequência de passos para que os objetivos sejam atingidos para realização de tal trabalho Quando aplicável devem ser apresentadas as características de hardware e de software Descrever as partes técnicas do projeto diagrama de blocos fluxograma cálculos equações esquemáticos desenhos e demais detalhes de implementação ou seja detalhando como foi feito o projeto Este capítulo normalmente é o mais extenso e onde deve ser concentrado o maior esforço 21 TAMANHO DO TRABALHO O texto deve ser separado em seções subtítulos à medida que for necessário O trabalho completo incluindo figuras e tabelas deve conter em torno de 30 trinta páginas em tamanho A4 21 cm x 297 cm Cada página tamanho A4 deve ser configurada de modo a apresentar as seguintes margens esquerda igual a 3 cm direita igual a 2 cm superior igual a 30 cm e inferior igual a 20 cm 22 ESPECIFICAÇÕES GERAIS PARA A FORMATAÇÃO DO TEXTO O trabalho deve ser totalmente digitado em fonte Times New Roman tamanho 12 pt Esta diretriz não inclui somente a capa do trabalho esta deverá apresentar tamanho 14 pt aonde o título não pode exceder 3 linhas O texto deve ser digitado em estilo normal e alinhamento justificado Comece cada parágrafo com um TAB da margem esquerda não deixando espaço entre dois parágrafos subsequentes 3 23 EQUAÇÕES Caso haja necessidade de utilização de equações as equações devem estar centralizadas Numere as equações em sequência com algarismos arábicos entre parênteses e alinhados à direita conforme modelo Deixe uma linha de espaço antes e depois de cada equação incluída Por exemplo qr4 π r2k d T d r 1 Sempre que for feita referência a uma equação no texto deve ser escrito Eq 1 exceto no início de uma sentença onde Equação 1 deve ser usado Símbolos devem estar em itálico Sua definição deverá ser feita quando mencionados pela primeira vez no texto Uma seção de definições de símbolos não se faz necessária Todos os dados do trabalho inclusive aqueles em tabelas e figuras devem estar em unidades do Sistema Internacional SI A vírgula deverá ser o separador entre a parte inteira e a parte decimal de números fracionários 4 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Aqui são apresentados interpretados e discutidos todos os resultados do trabalho de forma exata e lógica as suas análises incluindo fotos figuras e tabelas Tanto resultados positivos como negativos devem ser incluídos aqui desde que tenham alguma importância Este capítulo fornece a base para as conclusões que se encontram no capítulo seguinte Figuras e tabelas conforme a Tabela 1 devem ser posicionadas o mais próximo possível de sua citação no texto Textos e símbolos nelas incluídos devem ser de fácil leitura devendose evitar o uso de símbolos pequenos As legendas das tabelas são inseridas clicando com o botão direito na tabela e selecionando a opção Inserir legenda Tabela 1 Consumo médio de aparelhos domésticos Aparelho KWh Ar Condicionado 12 Chuveiro 40 Ferro de passar 08 Forno de microondas 12 Lavadora de roupas 08 TV 02 Figuras tabelas e suas legendas deverão estar centradas no texto Posicione o título de uma tabela acima da mesma também deixando uma linha de espaço entre elas Posicione a legenda abaixo da figura deixando uma linha de espaço entre elas Deixe uma linha de espaço entre a figura ou tabela e o texto subsequente Solicitase a inclusão de ilustrações e fotos de boa qualidade Numere figuras e tabelas em sequência usando algarismos arábicos ex Figura 1 Figura 2 Tabela 1 Tabela 2 Faça referência a elas no texto como Tabela 1 e Fig 1 exceto no início de uma sentença onde Figura 1 deve ser usado Para facilitar o posicionamento das figuras no texto elas podem ser inseridas dentro de tabelas sem bordas As legendas devem ser inseridas clicando com o botão direito na figura e selecionar a opção Inserir Legenda 5 Figura 1 Formas geométricas Denomine os eixos coordenados em gráficos incluindo as respectivas unidades sempre que aplicável Da mesma forma denomine colunaslinhas em tabelas com as respectivas unidades 6 4 CONCLUSÕES Aqui devem ser apresentados os comentários relacionando os resultados obtidos com os objetivos assim como as conclusões sobre o trabalho realizado Devem ser respondidas as questões levantadas na introdução do trabalho como motivação e problema Como conclusões devem ser apresentadas as consequências dos resultados e os impactos para a área de estudo em questão Apontar as descobertas do trabalho e reflexões contudo evitando afirmações que não condizem com a verdade Caso identifiquese uma possível continuidade da pesquisa ou projeto vale fazer sugestões de trabalhos futuros possivelmente algo que não houve tempo hábil para realizar ou que justificaria um novo trabalho em função da grande demanda que necessitaria 7 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Deve ser registrado todo o material que possibilitou um conhecimento prévio sobre o tema e sua delimitação Relação de todas as obras consultadas em ordem alfabética conforme determina ABNT autor obra edição quando não for a primeira local editora ano de publicação Todas as referências apresentadas aqui devem ter sido citadas no texto do trabalho Alguns exemplos são apresentados abaixo Na versão final não classificar em tipos de referências como feito abaixo deixar apenas as referências em ordem alfabética Artigos em periódicos FERLIN Edson Pedro CARVALHO N F Os Cursos de Engenharia na Modalidade EaD e Presencial Proposta de Cursos na Área de Computação Produção e Elétrica In COBENGE 2015 XLIII Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia São Bernardo do Campo SP 2015 Livros AZEVEDO Celicina Borges Metodologia científica ao alcance de todos 2ª Ed Barueri SP Manole 2009 p 1020 WAZLAWICK RS Metodologia da pesquisa para Ciência da computação Ed Elsevier Rio de Janeiro 2009 40 p Capítulos de livros MAGALHÃES L B N Antihipertensivos In SILVA P Farmacologia Rio de Janeiro Guanabara Koogan 1998 p 647657 TeseDissertaçãoMonografia SOUZA A C S Risco biológico e biossegurança no cotidiano de enfermeiros e auxiliares de enfermagem Tese Doutorado Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto Universidade de São Paulo Ribeirão Preto 2001 183p Internet LEFFA V J Normas da ABNT Citações e Referências Bibliográficas Disponível em httpwwwleffaprobrtextosabnthtm Acesso em 05 fev 2016 Periódicos disponíveis por meio eletrônico SOUZA H RODRIGUES C A alma da fome é política Jornal do Brasil on line São Paulo 12 set 1993 Disponível httpwwwgeocitiescomathensthebes7046fomehtm Acesso em 11 jul 2001 8 ANEXO A Incluir como anexo páginas de manuais folhas de dados diagramas esquemáticos completos tabelas grandes listagem de código fonte diagramas ou fluxogramas complexos recortes de jornais revistas etc Todos os anexos devem constar no sumário e devem ser referenciados no texto Identificar os anexos com letras maiúsculas deixando o título do anexo em negrito e centralizado 9 CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA DE O TECNOLÓGO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ATIVIDADE PRÁTICA COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ALUNOS PROFESSOR Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza CURITIBA PR 2024 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 1 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 1 12 OBJETIVOS 2 121 Objetivo Geral 2 122 Objetivos específicos 2 2 METODOLOGIA 3 21 EXPERIENCIA 1 AMPLIFICADOR INVERSOR 3 211 Cálculo dos componentes 4 212 Simulações 4 213 Montagem 6 22 EXPERIENCIA 2 FILTROS ATIVOS 7 221 Filtro Passa Altas 7 2211 Cálculo dos componentes 9 2212 Simulação 10 2213 Resultados da simulação 14 2214 Montagem experimental 15 2215 Resultados da montagem experimental 15 222 Filtro Passa Baixas 16 2221 Cálculo dos componentes 17 2222 Simulação 18 2223 Resultados da simulação 22 2224 Montagem experimental 23 2225 Resultados da montagem experimental 23 3 CONCLUSÕES 24 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 25 i RESUMO Neste trabalho serão apresentadas técnicas de montagem de circuitos eletrônicos com o uso de amplificadores operacionais apresentando sua análise teórica cálculo de parâmetros simula ção e montagem Será abordado conceitos de amplificação de sinais a partir de um amplificador inversor e técnicas de filtragem de sinais com o uso de um filtro passa altas e um filtro passa baixas ambos utilizando da topologia SallenKey para a implementação de filtros Butterworth de segunda ordem Palavraschave Amplificador Inversor Filtro Abstract In this work techniques for assembling electronic circuits using operational amplifiers will be presented presenting their theoretical analysis parameter calculation simulation and assembly Concepts of signal amplification will be covered using an inverting amplifier and signal filter ing techniques using a highpass filter and a lowpass filter both using the SallenKey topology to implement Butterworth second order filters Keywords Amplifier Inverting Filter 1 1 INTRODUÇÃO Os amplificadores operacionais são componentes chave no estudo da eletrônica visto que são utilizados nas mais diversas áreas com inúmeras aplicações Conhecer seu funci onamento e algumas de suas configurações pode ajudar o aluno a solucionar diversos problemas encontrados na indústria O uso de amplificadores operacionais para amplificar sinais pode ajudar na cons trução de equipamentos de tratamento de sinais como por exemplo sinais de áudio ou de tensão de saída de sensores como é o caso dos sensores de temperatura Outra forma de uso para o tratamento de sinais é como filtro onde se delimita faixas de frequência que podem passar pelo filtro e frequências que serão atenuadas Com isso pode se analisar sinais de baixa frequência ou de alta frequência em um determinado circuito de forma separada 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA No estudo da eletrônica o amplificador operacional é um dos elementos mais importan tes por sua ampla gama de aplicações Inicialmente desenvolvido com o uso de componentes discretos nos anos 60 foi produzido o primeiro circuito integrado contendo um amplificador operacional Com o aumento do uso desse CI pelos engenheiros os fabricantes passaram a vender cada vez mais e com isso a qualidade aumentou e o preço diminuiu Os amplificadores operacionais ganharam popularidade pela tamanha diversidade em seu uso podendo servir como isolador entre dois sinais distintos sendo este chamado de buffer como amplificador de ganho como integrador diferenciador filtro somador entre outras di versas funcionalidades Um exemplo de seu uso é para o cálculo de equações diferenciais utilizandose de cascatas de circuitos diferenciadores e desta forma conseguir resolver tais tipos de equações presentes nos mais diversos problemas de física No estudo de balística termodinâmica con trole de processos fluidodinâmica entre outros o cálculo de equações diferenciais é obrigató rio com este CI se torna possível seu cálculo de forma analógica e direta 2 Neste trabalho serão estudadas as técnicas de amplificação de ganho a partir do ampli ficador inversor e as técnicas de filtragem de sinal com o uso de um filtro passa altas e um filtro passa baixas O amplificador operacional teórico é representado por um sistema com três terminais onde a saída é dada pela subtração das tensões na entrada multiplicada pelo ganho que tende a infinito Neste caso o amplificador é limitado pela fonte de entrada 𝑉𝑠 𝐴𝑉2 𝑉1 1 Figura 1 Amplificador operacional ideal 12 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é aprender o funcionamento do amplificador operacional e algumas de suas configurações sendo estas o amplificador inversor o filtro passaaltas e o filtro passabaixas 121 Objetivo Geral Compreender o funcionamento dos amplificadores operacionais no estudo da ele trônica 122 Objetivos específicos Projetar simular e montar circuitos com o uso do amplificador operacional Analisar os resultados obtidos a partir de cada montagem 3 2 METODOLOGIA 21 EXPERIENCIA 1 AMPLIFICADOR INVERSOR No amplificador operacional ideal a tensão 𝑉 de entrada tende a ser igual a tensão 𝑉 pois a resistência entre seus terminais tende a infinito e desta forma a corrente que flui de um terminal ao outro é zero Figura 2 Amplificador Inversor 𝑉 𝑉 0𝑉 2 Como a corrente que entra pelo terminal 𝑉 no amplificador operacional é zero a cor rente 𝑖1 é igual a corrente 𝑖2 𝑖1 𝑖2 3 As correntes 𝑖1 e 𝑖2 podem ser obtidas como a corrente que passa por 𝑅1 e a corrente que passa por 𝑅2 respectivamente 𝑖1 𝑉1 0 𝑅1 𝑉1 𝑅1 4 𝑖2 0 𝑉0 𝑅2 𝑉0 𝑅2 5 Substituindo 4 e 5 em 3 temse 4 𝑉1 𝑅1 𝑉0 𝑅2 𝑉0 V1 𝑅2 𝑅1 6 211 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho entre 2VV e 8VV o valor de ganho escolhido foi 3VV Como o amplificador é inversor esse ganho é de 3VV Utilizando um resistor 𝑅1 de 33𝑘Ω calculase o resistor 𝑅2 𝑅2 𝑉0 𝑉1 𝑅1 3 33𝑘Ω 𝑅2 99𝑘Ω O valor comercial mais próximo para esse resistor é 10𝑘Ω o ganho então será 𝑉0 𝑉1 10𝑘 33𝑘 303 𝑉𝑉 Para uma entrada de 25V a saída então será 𝑉0 303 25 757𝑉 212 Simulações Para simular o circuito inicialmente escolheuse o simulador SimulIDE nele o ampli ficador operacional é genérico não possuindo as propriedades inerentes nem do CI LM741 nem do CI LM358 Porém para a simulação do circuito amplificador inversor o SimulIDE traz re sultados satisfatórios pois o ganho do amplificador operacional e seu offset se tornam irrisórios para este tipo de simulação Simulando no SimulIDE o esquemático e a tela do osciloscópio podem ser vistas a seguir 5 Figura 3 Esquemático da simulação no SimulIDE Figura 4 Osciloscópio com sinal de entrada em amarelo e sinal de saída em azul Para entender como montar o experimento também podese simular no TinkerCAD O CI do amplificador operacional disponível é o LM741 a fonte disponível não tem tensão de 12V portanto utilizase duas fontes de 12V onde a conexão central entre elas é o terra onde se utilizou fio preto e as pontas serão o 12V onde se utilizou fio laranja e o 12V onde se utilizou fio vermelho 6 Figura 5 Simulação utilizando o TinkerCAD No osciloscópio esquerdo pode ser visto a entrada como a tensão de ponta a ponta no osciloscópio é de 10V e ele possui 10 divisões cada divisão representa 1V A tensão de entrada tem valor de pico 25V como pode ser visto No osciloscópio da direita como a tensão de ponta a ponta no osciloscópio é de 20V e ele possui 10 divisões cada divisão representa 2V A tensão de saída tem valor de pico 75V pois compreende 3 divisões e aproximadamente ¾ de outra divisão 213 Montagem 7 22 EXPERIENCIA 2 FILTROS ATIVOS Para o uso de amplificadores operacionais como filtros podese utilizar de diversas to pologias uma das mais utilizadas é a topologia SallenKey Figura 6 Topologia Sallen Key para filtros ativos 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑍3𝑍4 𝑍1𝑍2 𝑍4𝑍1 𝑍2 𝑍3𝑍4 7 221 Filtro Passa Altas Utilizando 𝑍1 e 𝑍2 como capacitores e 𝑍3 e 𝑍4 como resistores temse 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑅1𝑅2 1 𝑠𝐶1 1 𝑠𝐶2 𝑅2 1 𝑠𝐶1 1 𝑠𝐶2 𝑅1𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑅1𝑅2 1 𝑠2𝐶1𝐶2 𝑅2 𝐶1 𝐶2 𝑠𝐶1𝐶2 𝑅1𝑅2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑠2 𝑠2 𝑠 𝐶1 𝐶2 𝑅1𝐶1𝐶2 1 𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 8 Considerando 𝑅1 𝑅2 𝑅 e 𝐶1 𝐶2 𝐶 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑠2 𝑠2 2 𝑅𝐶 𝑠 1 𝑅𝐶 2 8 A equação de um filtro passa altas de segunda ordem é representada da seguinte forma 𝐻𝑠 𝑠2 𝑠2 2𝜁𝜔𝑛𝑠 𝜔𝑛2 9 Comparando 9 com 8 podese obter a frequência de corte do filtro 𝜔𝑛 1 𝑅𝐶 2 𝜔𝑛 1 𝑅𝐶 10 A frequência em Hz então é dada por 𝑓𝐿 1 2𝜋𝑅𝐶 11 Este filtro possui ganho 1 podese utilizar de um amplificador não inversor em conjunto com o filtro passa altas O amplificador não inversor possui o seguinte formato Figura 7 Amplificador não inversor 9 Onde a saída é dada por 𝑉1 𝑅1 𝑉0 𝑉𝑖𝑛 𝑅2 𝑉𝑖𝑛𝑅𝑓 𝑉0𝑅1 𝑉1𝑅1 𝑉0𝑅1 𝑉𝑖𝑛𝑅𝑓 𝑉𝑖𝑛𝑅1 𝑉0 𝑅𝑓 𝑅1 𝑅1 𝑉𝑖𝑛 𝑉0 1 𝑅𝐹 𝑅1 𝑉𝑖𝑛 12 As duas configurações podem ser feitas utilizando o mesmo amplificador operacional o circuito completo pode ser visto a seguir Figura 8 Filtro Passa Altas Butterworth utilizando a topologia Sallen Key 2211 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho de 22VV na parte de amplificação não inversora os resistores utilizados são 𝑅1 10𝑘Ω e 𝑅𝑓 12𝑘Ω Para a parte do filtro passa altas com o RU 3758703 utilizando o ultimo número e multiplicando por 100 temse 𝑓𝐿 3 100 300𝐻𝑧 10 Desta forma a partir de 12 temse que 300 1 2𝜋𝑅𝐶 𝑅 1 600𝜋 𝐶 Considerando um capacitor de 47𝑛𝐹 temse 𝑅 1129 𝑘Ω Adotando um resistor de 12𝑘Ω a frequência de corte será 𝑓𝐿 1 2𝜋 12𝑘 47𝑛 𝑓𝐿 28219 𝐻𝑧 2212 Simulação Simulando no SimulIDE o esquemático pode ser visto a seguir Figura 9 Esquemático do filtro passa altas Como a frequência calculada foi de 282 Hz serão analisadas as frequências 28Hz 80Hz 150Hz 250Hz 282Hz 340Hz 500Hz 1kHz 4kHz 10kHz e 20kHz Os gráficos para cada frequência com seus respectivos valores de pico podem ser vistos a seguir Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 28 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 80 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 150 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 250 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Uid WaveGen3 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 282 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Uid WaveGen3 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 340 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On 14 2213 Resultados da simulação 𝑓𝐻𝑧 𝑣𝑖𝑉 𝑣0𝑉 𝐴𝑣 𝑣𝑜 𝑣𝑖 28 5 04 008 80 5 108 0216 150 5 39 078 250 5 1188 2376 282 5 1394 2788 340 5 1516 3032 500 5 1356 2712 1000 5 1164 2328 4000 5 1102 2204 10000 5 1098 2196 20000 5 1096 2192 A partir dos dados coletados construiuse o gráfico com escala semilogarítmica Figura 10 Gráfico da magnitude em relação a frequência do filtro passa altas 15 A partir do gráfico é possível observar que para baixas frequências o ganho se aproxima de zero mas para altas frequências o ganho se aproxima de 22 Entretanto próximo a faixa central o ganho cresce para valores acima do ganho calculado isto ocorre pois ao utilizar o circuito amplificador não inversor no mesmo amplificador do filtro SallenKey os resistores do amplificador não inversor influenciam no circuito do filtro e o circuito do filtro também influencia no amplificador não inversor alterando o ganho 2214 Montagem experimental 2215 Resultados da montagem experimental 16 222 Filtro Passa Baixas Utilizando na topologia Sallen Key 𝑍1 e 𝑍2 como resistores e 𝑍3 e 𝑍4 como capacitores temse 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 1 𝑠𝐶1 1 𝑠𝐶2 𝑅1𝑅2 1 𝑠𝐶2 𝑅1 𝑅2 1 𝑠𝐶1 1 𝑠𝐶2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 1 𝑠2𝐶1𝐶2 𝑅1𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑠𝐶2 1 𝑠2𝐶1𝐶2 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 1 𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 𝑠2 𝑠 𝑅1 𝑅2 𝑅1𝑅2𝐶2 1 𝐶1𝐶2 Considerando 𝑅1 𝑅2 𝑅 e 𝐶1 𝐶2 𝐶 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 1 𝑅𝐶 2 𝑠2 2 𝑅𝐶 𝑠 1 𝑅𝐶 2 13 A equação de um filtro passa baixas de segunda ordem é representada da seguinte forma 𝐻𝑠 𝜔𝑛 2 𝑠2 2𝜁𝜔𝑛𝑠 𝜔𝑛2 14 Comparando 14 com 13 podese obter a frequência de corte do filtro 𝜔𝑛 1 𝑅𝐶 2 𝜔𝑛 1 𝑅𝐶 17 A frequência em Hz então é dada por 𝑓𝐿 1 2𝜋𝑅𝐶 O circuito também utilizará do amplificador não inversor com ganho já calculado ante riormente dado por 𝑉0 𝑉𝑖𝑛 1 𝑅𝐹 𝑅1 As duas configurações podem ser feitas utilizando o mesmo amplificador operacional o circuito completo pode ser visto a seguir Figura 11 Filtro Passa Baixas Butterworth utilizando a topologia Sallen Key 2221 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho de 22VV na parte de amplificação não inversora os resistores utilizados são 𝑅1 10𝑘Ω e 𝑅𝑓 12𝑘Ω Para a parte do filtro passa altas com o RU 3758703 utilizando o último número e multiplicando por 2000 temse 𝑓𝐿 3 2000 6000𝐻𝑧 6𝑘𝐻𝑧 Desta forma a partir de 12 temse que 6000 1 2𝜋𝑅𝐶 𝑅 1 12000𝜋 𝐶 18 Considerando um capacitor de 22𝑛𝐹 temse 𝑅 1205 𝑘Ω Adotando um resistor de 12𝑘Ω a frequência de corte será 𝑓𝐿 1 2𝜋 12𝑘 22𝑛 𝑓𝐿 60286 𝐻𝑧 2222 Simulação Simulando no SimulIDE o esquemático pode ser visto a seguir Figura 12 Esquemático do filtro passa altas Como a frequência calculada foi de 6028 Hz serão analisadas as frequências 100Hz 500Hz 1000Hz 3500Hz 4800Hz 5500Hz 6028Hz 7kHz 8kHz 10kHz e 12kHz Os gráficos para cada frequência com seus respectivos valores de pico podem ser vistos a seguir Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 100 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 500 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 1000 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 3500 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 6028 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On 22 2223 Resultados da simulação 𝑓𝐻𝑧 𝑣𝑖𝑉 𝑣0𝑉 𝐴𝑣 𝑣𝑜 𝑣𝑖 100 5 04 008 500 5 108 0216 1000 5 39 078 3500 5 1188 2376 4800 5 1394 2788 5500 5 1516 3032 6028 5 1356 2712 7000 5 1164 2328 8000 5 1102 2204 10000 5 1098 2196 12000 5 1096 2192 A partir dos dados coletados construiuse o gráfico com escala semilogarítmica Figura 13 Gráfico da magnitude em relação a frequência do filtro passa baixas A partir do gráfico é possível observar que para baixas frequências o ganho se aproxima de 22 mas para altas frequências o ganho se aproxima de zero Entretanto próximo a faixa central o ganho cresce para valores acima do ganho calculado isto ocorre pois a resposta foi subamortecida 23 2224 Montagem experimental 2225 Resultados da montagem experimental 24 3 CONCLUSÕES Com o uso de amplificadores operacionais é possível implementar os mais diversos cir cuitos e a partir deste trabalho conseguiuse abordar três elementos fundamentais para o mundo da eletrônica com o uso deste componente O amplificador inversor mostrouse satisfatório para o que foi proposto amplificando o sinal de entrada e alterando sua fase em 180 invertendo assim o sinal Tal circuito pode se apresentar como uma ótima alternativa para ocasiões em que se deseja sinais de saída com tensões mais elevadas Os filtros ativos por sua vez apresentaram um bom comportamento para baixas e altas frequências realizando exatamente o que foi pedido porém em frequências próximas a fre quência de corte o filtro apresentou um comportamento indesejado devido ao sinal subamorte cido Com isso em vista é importante analisar os casos em que este filtro pode ser utilizado Idealmente podese utilizar filtros de ordem mais elevada garantindo assim um melhor com portamento e melhor qualidade do filtro 25 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BONFIM MÁRLIO JOSÉ DO COUTO 17 de Junho de 2010 Disponível em httpswwweletricaufprbrmarliote054capitulo5pdf Acesso em 28 ago 2024 BONI DJONES 28 de Março de 2019 Fonte Professor Eletrico httpsprofessoreletricocomcursoscircuitosamplificadornaoinversor Acesso em 28 ago 2024 JUNIOR PEDRO ARMANDO DA SILVA SOUZA PEDRO PAULO CORRÊA DE Outubro de 2012 Fonte httpswikisjifscedubrimages8822Ampoppdf Acesso em 28 ago 2024 FERREIRA ELNATAN CHAGAS 10 de Agosto de 2012 Fonte httpswwwdsiffeeunicampbrelnatanee64020a20Aulapdf Acesso em 28 ago 2024 CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA DE O TECNOLÓGO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ATIVIDADE PRÁTICA COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ALUNOS PROFESSOR Prof Ma Viviana Raquel Zurro Prof Dr Felipe Neves Souza CURITIBA PR 2024 SUMÁRIO RESUMOI 1 INTRODUÇÃO1 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA1 12 OBJETIVOS2 121 Objetivo Geral2 122 Objetivos específicos2 2 METODOLOGIA3 21 EXPERIENCIA 1 AMPLIFICADOR INVERSOR3 211 Cálculo dos componentes4 212 Simulações4 213 Montagem6 22 EXPERIENCIA 2 FILTROS ATIVOS7 221 Filtro Passa Altas7 2211 Cálculo dos componentes10 2212 Simulação11 2213 Resultados da simulação15 2214 Montagem experimental16 2215 Resultados da montagem experimental16 222 Filtro Passa Baixas17 2221 Cálculo dos componentes18 2222 Simulação19 2223 Resultados da simulação23 2224 Montagem experimental24 2225 Resultados da montagem experimental24 3 CONCLUSÕES25 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS26 RESUMO Neste trabalho serão apresentadas técnicas de montagem de circuitos eletrônicos com o uso de amplificadores operacionais apresentando sua análise teórica cálculo de parâmetros simulação e montagem Será abordado conceitos de amplificação de sinais a partir de um amplificador inversor e técnicas de filtragem de sinais com o uso de um filtro passa altas e um filtro passa baixas ambos utilizando da topologia SallenKey para a implementação de filtros Butterworth de segunda ordem Palavraschave Amplificador Inversor Filtro Abstract In this work techniques for assembling electronic circuits using operational amplifiers will be presented presenting their theoretical analysis parameter calculation simulation and assembly Concepts of signal amplification will be covered using an inverting amplifier and signal filtering techniques using a highpass filter and a lowpass filter both using the Sallen Key topology to implement Butterworth second order filters Keywords Amplifier Inverting Filter i 1 INTRODUÇÃO Os amplificadores operacionais são componentes chave no estudo da eletrônica visto que são utilizados nas mais diversas áreas com inúmeras aplicações Conhecer seu funcionamento e algumas de suas configurações pode ajudar o aluno a solucionar diversos problemas encontrados na indústria O uso de amplificadores operacionais para amplificar sinais pode ajudar na construção de equipamentos de tratamento de sinais como por exemplo sinais de áudio ou de tensão de saída de sensores como é o caso dos sensores de temperatura Outra forma de uso para o tratamento de sinais é como filtro onde se delimita faixas de frequência que podem passar pelo filtro e frequências que serão atenuadas Com isso podese analisar sinais de baixa frequência ou de alta frequência em um determinado circuito de forma separada 11 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA No estudo da eletrônica o amplificador operacional é um dos elementos mais importantes por sua ampla gama de aplicações Inicialmente desenvolvido com o uso de componentes discretos nos anos 60 foi produzido o primeiro circuito integrado contendo um amplificador operacional Com o aumento do uso desse CI pelos engenheiros os fabricantes passaram a vender cada vez mais e com isso a qualidade aumentou e o preço diminuiu Os amplificadores operacionais ganharam popularidade pela tamanha diversidade em seu uso podendo servir como isolador entre dois sinais distintos sendo este chamado de buffer como amplificador de ganho como integrador diferenciador filtro somador entre outras diversas funcionalidades Um exemplo de seu uso é para o cálculo de equações diferenciais utilizandose de cascatas de circuitos diferenciadores e desta forma conseguir resolver tais tipos de equações presentes nos mais diversos problemas de física No estudo de balística termodinâmica controle de processos fluidodinâmica entre outros o cálculo de equações diferenciais é obrigatório com este CI se torna possível seu cálculo de forma analógica e direta 1 Neste trabalho serão estudadas as técnicas de amplificação de ganho a partir do amplificador inversor e as técnicas de filtragem de sinal com o uso de um filtro passa altas e um filtro passa baixas O amplificador operacional teórico é representado por um sistema com três terminais onde a saída é dada pela subtração das tensões na entrada multiplicada pelo ganho que tende a infinito Neste caso o amplificador é limitado pela fonte de entrada V sA V 2V 1 1 Figura 1 Amplificador operacional ideal 12 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é aprender o funcionamento do amplificador operacional e algumas de suas configurações sendo estas o amplificador inversor o filtro passaaltas e o filtro passabaixas 121 Objetivo Geral Compreender o funcionamento dos amplificadores operacionais no estudo da eletrônica 122 Objetivos específicos Projetar simular e montar circuitos com o uso do amplificador operacional Analisar os resultados obtidos a partir de cada montagem 2 2 METODOLOGIA 21 EXPERIENCIA 1 AMPLIFICADOR INVERSOR No amplificador operacional ideal a tensão V de entrada tende a ser igual a tensão V pois a resistência entre seus terminais tende a infinito e desta forma a corrente que flui de um terminal ao outro é zero Figura 2 Amplificador Inversor V V0V 2 Como a corrente que entra pelo terminal V no amplificador operacional é zero a corrente i1 é igual a corrente i2 i1i2 3 As correntes i1 e i2 podem ser obtidas como a corrente que passa por R1 e a corrente que passa por R2 respectivamente i1 V 10 R1 V 1 R1 4 i2 0V 0 R2 V 0 R2 5 3 Substituindo 4 e 5 em 3 temse V 1 R1 V 0 R2 V 0 V 1 R2 R1 6 211 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho entre 2VV e 8VV o valor de ganho escolhido foi 3VV Como o amplificador é inversor esse ganho é de 3VV Utilizando um resistor R1 de 33k Ω calculase o resistor R2 R2 V 0 V 1R1333k Ω R299k Ω O valor comercial mais próximo para esse resistor é 10k Ω o ganho então será V 0 V 1 10k 3 3k 303V V Para uma entrada de 25V a saída então será V 030325757V 212 Simulações Para simular o circuito inicialmente escolheuse o simulador SimulIDE nele o amplificador operacional é genérico não possuindo as propriedades inerentes nem do CI LM741 nem do CI LM358 Porém para a simulação do circuito amplificador inversor o 4 SimulIDE traz resultados satisfatórios pois o ganho do amplificador operacional e seu offset se tornam irrisórios para este tipo de simulação Simulando no SimulIDE o esquemático e a tela do osciloscópio podem ser vistas a seguir Figura 3 Esquemático da simulação no SimulIDE Figura 4 Osciloscópio com sinal de entrada em amarelo e sinal de saída em azul Para entender como montar o experimento também podese simular no TinkerCAD O CI do amplificador operacional disponível é o LM741 a fonte disponível não tem tensão de 12V portanto utilizase duas fontes de 12V onde a conexão central entre elas é o terra onde se utilizou fio preto e as pontas serão o 12V onde se utilizou fio laranja e o 12V onde se utilizou fio vermelho 5 Figura 5 Simulação utilizando o TinkerCAD No osciloscópio esquerdo pode ser visto a entrada como a tensão de ponta a ponta no osciloscópio é de 10V e ele possui 10 divisões cada divisão representa 1V A tensão de entrada tem valor de pico 25V como pode ser visto No osciloscópio da direita como a tensão de ponta a ponta no osciloscópio é de 20V e ele possui 10 divisões cada divisão representa 2V A tensão de saída tem valor de pico 75V pois compreende 3 divisões e aproximadamente ¾ de outra divisão 213 Montagem 6 22 EXPERIENCIA 2 FILTROS ATIVOS Para o uso de amplificadores operacionais como filtros podese utilizar de diversas topologias uma das mais utilizadas é a topologia SallenKey Figura 6 Topologia Sallen Key para filtros ativos V out V Z3Z4 Z1Z2Z4 Z1Z2Z3Z4 7 221 Filtro Passa Altas Utilizando Z1 e Z2 como capacitores e Z3 e Z4 como resistores temse V out V R1R2 1 sC1 1 sC2 R2 1 sC1 1 sC2R1R2 V out V R1R2 1 s 2C1C2 R2 C1C2 s C1C2R1R2 7 V out V s 2 s 2s C1C2 R1C1C2 1 R1 R2C1C2 Considerando R1R2R e C1C2C V out V s 2 s 2 2 RC s 1 RC 2 8 A equação de um filtro passa altas de segunda ordem é representada da seguinte forma H s s 2 s 22ζ ωnsωn 2 9 Comparando 9 com 8 podese obter a frequência de corte do filtro ωn 1 RC 2 ωn 1 RC 10 A frequência em Hz então é dada por f L 1 2πRC 11 Este filtro possui ganho 1 podese utilizar de um amplificador não inversor em conjunto com o filtro passa altas O amplificador não inversor possui o seguinte formato 8 Figura 7 Amplificador não inversor Onde a saída é dada por V 1 R1 V 0V R2 V RfV 0R1V 1R1 V 0 R1V RfV R1 V 0 RfR1 R1 V V 01 RF R1V 12 As duas configurações podem ser feitas utilizando o mesmo amplificador operacional o circuito completo pode ser visto a seguir 9 Figura 8 Filtro Passa Altas Butterworth utilizando a topologia Sallen Key 2211 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho de 22VV na parte de amplificação não inversora os resistores utilizados são R110 k Ω e Rf12k Ω Para a parte do filtro passa altas com o RU 3758703 utilizando o ultimo número e multiplicando por 100 temse f L3100300 Hz Desta forma a partir de 12 temse que 300 1 2 πRC R 1 600 π C Considerando um capacitor de 47 nF temse R1129 k Ω Adotando um resistor de 12k Ω a frequência de corte será f L 1 2π 12k 47n f L28219Hz 10 2212 Simulação Simulando no SimulIDE o esquemático pode ser visto a seguir Figura 9 Esquemático do filtro passa altas Como a frequência calculada foi de 282 Hz serão analisadas as frequências 28Hz 80Hz 150Hz 250Hz 282Hz 340Hz 500Hz 1kHz 4kHz 10kHz e 20kHz Os gráficos para cada frequência com seus respectivos valores de pico podem ser vistos a seguir 11 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 80 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 1000 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 4000 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 10000 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 20000 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 262 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 340 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 500 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On 2213 Resultados da simulação f Hz viV v0V Avvo vi 28 5 04 008 80 5 108 0216 150 5 39 078 250 5 1188 2376 282 5 1394 2788 340 5 1516 3032 500 5 1356 2712 1000 5 1164 2328 4000 5 1102 2204 10000 5 1098 2196 20000 5 1096 2192 A partir dos dados coletados construiuse o gráfico com escala semilogarítmica Figura 10 Gráfico da magnitude em relação a frequência do filtro passa altas 15 A partir do gráfico é possível observar que para baixas frequências o ganho se aproxima de zero mas para altas frequências o ganho se aproxima de 22 Entretanto próximo a faixa central o ganho cresce para valores acima do ganho calculado isto ocorre pois ao utilizar o circuito amplificador não inversor no mesmo amplificador do filtro SallenKey os resistores do amplificador não inversor influenciam no circuito do filtro e o circuito do filtro também influencia no amplificador não inversor alterando o ganho 2214 Montagem experimental 2215 Resultados da montagem experimental 16 222 Filtro Passa Baixas Utilizando na topologia Sallen Key Z1 e Z2 como resistores e Z3 e Z4 como capacitores temse V out V 1 sC1 1 sC2 R1R2 1 sC2 R1R2 1 sC1 1 sC2 V out V 1 s 2C1C2 R1R2 R1R2 sC2 1 s 2C1C2 V out V 1 R1 R2C1C2 s 2s R1R2 R1R2C2 1 C1C2 Considerando R1R2R e C1C2C V out V 1 RC 2 s 2 2 RC s 1 RC 2 13 A equação de um filtro passa baixas de segunda ordem é representada da seguinte forma H s ωn 2 s 22ζ ωnsωn 2 14 Comparando 14 com 13 podese obter a frequência de corte do filtro 17 ωn 1 RC 2 ωn 1 RC A frequência em Hz então é dada por f L 1 2πRC O circuito também utilizará do amplificador não inversor com ganho já calculado anteriormente dado por V 0 V 1 RF R1 As duas configurações podem ser feitas utilizando o mesmo amplificador operacional o circuito completo pode ser visto a seguir Figura 11 Filtro Passa Baixas Butterworth utilizando a topologia Sallen Key 2221 Cálculo dos componentes Como foi pedido um ganho de 22VV na parte de amplificação não inversora os resistores utilizados são R110 k Ω e Rf12k Ω Para a parte do filtro passa altas com o RU 3758703 utilizando o último número e multiplicando por 2000 temse f L320006000 Hz6kHz 18 Desta forma a partir de 12 temse que 6000 1 2 πRC R 1 12000 πC Considerando um capacitor de 22nF temse R1205k Ω Adotando um resistor de 12k Ω a frequência de corte será f L 1 2π 12k 22n f L60286 Hz 2222 Simulação Simulando no SimulIDE o esquemático pode ser visto a seguir Figura 12 Esquemático do filtro passa altas 19 Como a frequência calculada foi de 6028 Hz serão analisadas as frequências 100Hz 500Hz 1000Hz 3500Hz 4800Hz 5500Hz 6028Hz 7kHz 8kHz 10kHz e 12kHz Os gráficos para cada frequência com seus respectivos valores de pico podem ser vistos a seguir 20 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 3500 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 4800 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 5500 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Uid WaveGen3 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 6028 Phase shift 0 Qualidade 100 Always On Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 7000 Phase shift 0 Qualidade 100 Type WaveGen Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 3000 Phase shift 0 Qualidade 100 Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 10000 Label WaveGen3 Main Electric Tipo de Onda Sine Frequency 12000 2223 Resultados da simulação f Hz viV v0V Avvo vi 100 5 04 008 500 5 108 0216 1000 5 39 078 3500 5 1188 2376 4800 5 1394 2788 5500 5 1516 3032 6028 5 1356 2712 7000 5 1164 2328 8000 5 1102 2204 10000 5 1098 2196 12000 5 1096 2192 A partir dos dados coletados construiuse o gráfico com escala semilogarítmica Figura 13 Gráfico da magnitude em relação a frequência do filtro passa baixas A partir do gráfico é possível observar que para baixas frequências o ganho se aproxima de 22 mas para altas frequências o ganho se aproxima de zero Entretanto próximo a faixa central o ganho cresce para valores acima do ganho calculado isto ocorre pois a resposta foi subamortecida 23 2224 Montagem experimental 2225 Resultados da montagem experimental 24 3 CONCLUSÕES Com o uso de amplificadores operacionais é possível implementar os mais diversos circuitos e a partir deste trabalho conseguiuse abordar três elementos fundamentais para o mundo da eletrônica com o uso deste componente O amplificador inversor mostrouse satisfatório para o que foi proposto amplificando o sinal de entrada e alterando sua fase em 180 invertendo assim o sinal Tal circuito pode se apresentar como uma ótima alternativa para ocasiões em que se deseja sinais de saída com tensões mais elevadas Os filtros ativos por sua vez apresentaram um bom comportamento para baixas e altas frequências realizando exatamente o que foi pedido porém em frequências próximas a frequência de corte o filtro apresentou um comportamento indesejado devido ao sinal subamortecido Com isso em vista é importante analisar os casos em que este filtro pode ser utilizado Idealmente podese utilizar filtros de ordem mais elevada garantindo assim um melhor comportamento e melhor qualidade do filtro 25 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS