Sensores Instrumentacao Eletronica Amplificador Operacional e Conversores AD-DA - ENADE 2019

ASSUNTO Sensores e Instrumentação Eletrônica Amplificador Operacional Circuito e somador Conversor Digital para Analógico DA Conversor Analógico para Digital AD enade2019 QUESTÃO 09 A perda de água tratada nas tubulações urbanas é um problema recorrente nas companhias de saneamento do país Como as tubulações são subterrâneas quando há um vazamento a companhia pode demorar para percebêlo e um grande volume de água tratada pode ser perdido Para tentar minimizar esse desperdício um novo método de identificação desse problema começa a ser testado Este método parte do princípio de que quando há um vazamento em uma tubulação ela apresenta comportamento vibratório diferente do normal Nesse caso um sistema composto de três sensores que mensuram a vibração em pontos diferentes da tubulação é ligado a um circuito somadoramplificador composto por um amplificador operacional conforme montagem mostrada a seguir Devido ao fato dos sensores estarem posicionados em distâncias diferentes entre si os resistores RA RB e RC são dimensionados de modo que cada sensor produza um nível máximo e idêntico de corrente na entrada negativa do amplificador operacional Para o teste experimental foram usados RA 5 kΩ RB 10 kΩ e RC 125 kΩ O resistor R foi dimensionado como 250 kΩ Considerando que o amplificador operacional seja ideal entre as alternativas apresentadas que valores de tensões VA VB e VC respectivamente levam o amplificador para a condição de saturação A 020 V 040 V e 050 V B 010 V 020 V e 050 V C 010 V 020 V e 025 V D 015 V 015 V e 015 V E 020 V 040 V e 050 V Área livre SENSORES E TRANSDUTORES SENSOR é uma dispositivoaparelho que está diretamente em contato com uma variável física O sensor extrair informações do meio físico e apresentar uma característica TRANSDUTOR é um dispositivoaparelho que converte a característica apresentada pelo sensor em um sinal que pode ser medido SENSORES E TRANSDUTORES SENSOR O sensor extrai informações do meio físico e apresentar uma característica TRANSDUTOR converte a característica apresentada pelo sensor em um sinal que pode ser medido SENSOR MEIO FÍSICO Temperatura Deformação Pressão Humidade Característica TRANSDUTOR Sinal que pode ser medido MEDIÇÕES INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO SENSORES E TRANSDUTORES MEIO FÍSICO Temperatura Deformação Pressão SENSOR Característica TRANSDUTOR Sinal que pode ser medido MEDIÇÕES INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO SENSOR TRANSDUTOR SENSOR DETECTAR UMA VARIÁVEL FÍSICA DE INTERESSE EX FORÇA CAMPO MAGNÉTICO TRANSDUTOR TRANSFORMAR AS CARACTERÍSTICAS EM UM SINAL FÁCIL DE SER MEDIDO CLASSIFICAÇÃO ANALÓGICOS Ex Potenciômetro DIGITAL Ex Encoder paquimetro display CONTÍNUOS Ex Resistor variável DISCRETOS Ex Chave paquímetro leitura visual dos valores existentes no instrumento CARACTERÍSTICAS RESOLUÇÃO sensibilidade instrumento É o menor que pode incremento de ser medido o T Vv 3 2 1 2 4 6 RESOLUÇÃO 2 CARACTERÍSTICAS LIMIAR É o ponto de partida T Vv 30 030 020 010 10 20 LIMIAR 10 TIPOS MECÂNICOS ELÉTRICOS MAGNÉTICOS ÓPTICOS ACÚSTICOS QUÍMICOS BIOLÓGICOS TRANSDUTORES MECÂNICO DIMENSIONAIS TRANSDUTORES DE PRESSÃO BOURDON GAUGE TRANSDUTORES DE PRESSÃO BOURDON GAUGE O medidor contem um tubo em forma de C fechado em uma extremidade Quando a pressão dentro do tubo aumenta o tubo se desenrola levemente causando um pequeno movimento em sua extremidade fechada Um sistema de alavancas e engrenagens magnífica este movimento e mexe um ponteiro que indica a pressão numa escala circular As medidas de Bourdon freqüentemente são usadas em cilindros de gás comprimido de indústria e hospitais TRANSDUTORES DE PRESSÃO BOURDON GAUGE TRANSDUTOR DE TEMPERATURA LÂMINA BIMETÁLICA POTENCIÔMETRO Tensão nos extremos de potenciômetro linear tensão entre o extremo inferior e o centro eixo é proporcional à posição linear potenciômetro deslizante ou angular rotativo SENSOR ÓPTICO Detectam a proximidade de um objeto obstáculo pela sua influência na propagação obstáculo pela sua influência na propagação de um sinal óptico Amplifica OperacionaisAOP Capaz de detectar pequenos sinais da ordem de mV Possui grande aplicação na Instrumentação de alta precisão Ex Instrumentação petroquímica Instrumentação nuclear Eletromedicina Bioeletrônica Etc AOPPinagem Pinos 1 e 5 Destinados ao balanceamento do AOP ajuste de tensão de offset Pino 2 Entrada inversora Pino 3 Entrada nãoinversora Pino 4 Alimentação negativa 3V a 18V Pino 7 Alimentação Positiva 3V a 18V Pino 6 saida Pino 8 Não possui nenhuma conexão Caso o AOP tenha encapsulamento metálico o pino 8 deve ser colocado no terra AOP Circuito ventrada Ientrada re A verro r0 vsaida Rs Rf vsaida Av ventrada Saturação de um AOP Para o amplificador ideal a tensão de saída é infinita Porém para o amplificador real a saída é limitada Por exemplo para um AOP alimentado com 15V e 15V os valores de saída ficam limitados a esses valores Acima ou abaixo desses valores o amplificador entra em saturação Exercício Considerando RfRs ou seja Av2 Calcule a tensão de saída Vo para o AOP abaixo para a Vb 3V b Vb 4V e c Vb 5V ExercícioResolução Considerando RfRs ou seja Av2 Calcule a tensão de saída Vo para o AOP abaixo para a Vb 3V b Vb 4V e c Vb 5V RESOLUÇÃO O AOP irá ampliar a entrada com um ganho de Av2 Aplicando a formula teremos a Vsaída 2 x 3 b Vsaída 2 x 4 Vsaída6 Volts Não está saturado Vsaída8 Volts Não está saturado c Vsaída 2 x 5 10 Volts o AOP estará saturado pois a alimentação é de 9V logo Vsaída 9 Volts Amplificador NãoInversor Quando a entrada é aplicada no terminal NãoInversor 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑎 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝐴 𝑣𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟 𝑒 𝑟 0 𝑅𝑆 𝑅 𝑓 𝒗𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑨𝑽𝒇 𝒗𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝟏 𝑨𝑽𝒇 𝑩 𝑹𝑺 𝑩 𝑹𝒇 𝑹𝑺 Terminal NãoInversor Amplificador Inversor Quando a entrada é aplicada no terminal Inversor 𝑣𝑒𝑛 𝑡 𝐴 𝑣𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟 𝑒 𝑟 0 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 Terminal Inversor 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 Amplificador Inversor Terra virtual do AOP O AOP tem impedância infinita logo e 𝑣𝑒𝑛 𝑡 𝐴 𝑣𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟 𝑒 𝑟 0 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 Terminal Inversor 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑒𝑛𝑡 𝐼 0 𝐼𝑒𝑛𝑡 0 TerraVirtual 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 0 V 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 0 V Amplificador Inversor Terra virtual do AOP O AOP tem impedância infinita logo e 𝑣𝑒𝑛 𝑡 𝐴 𝑣𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟 𝑒 𝑟 0 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 Terminal Inversor 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑒𝑛𝑡 𝐼 0 𝐼𝑒𝑛𝑡 0 TerraVirtual 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 0 V 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 0 V Amplificador Inversor 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 Considerar o circuito que será percorrido pela corrente I 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V Terra Virtual 𝑣𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑛 𝑡 Amplificador Inversor Considerar o circuito que será percorrido pela corrente I 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V TerraVirtual 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝑒𝑛 𝑡 Amplificador Inversor Considerar as duas malhas em relação ao terra virtual 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V TerraVirtual 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝑣𝑒𝑛 𝑡 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎1 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎2 Amplificador Inversor Considerar as duas malhas em relação ao terra virtual 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎1 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V TerraVirtual 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎2 𝑒𝑛 𝑡 I 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝑉𝑣𝑖𝑟𝑡 𝑉𝑣𝑖𝑟𝑡 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 I 𝑅 𝑓 Amplificador Inversor 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎1 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V Igualar as duas expressões obtidas para a corrente I 𝐼 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎2 𝑒𝑛 𝑡 Fazendo I I temos I 𝐼 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝑉𝑣𝑖𝑟𝑡 𝑉𝑣𝑖𝑟𝑡 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑅𝑠 𝑅𝑓 𝑉𝑒𝑛𝑡 0 0 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑉𝑒𝑛 𝑡 𝑉𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑉 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑉 𝑒𝑛 𝑡 Fazendo 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V temos Amplificador Inversor 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎1 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V Calculando a queda de tensão em cada malha temos 𝐼 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎2 𝑒𝑛 𝑡 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝐼 𝑅𝑆 0𝑉 0V I 𝑅𝑓 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 0𝑉 Isolar a corrente I 𝐼 𝑅 𝑉 𝑒𝑛 𝑡 𝑰 𝑒𝑛𝑡 𝑅𝑆 Isolar a corrente I I 𝑅𝑓 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑰 𝑉𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑪𝒐𝒎𝒐 𝑰 𝑰 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑉 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑉 𝑒𝑛 𝑡 Amplificador Inversor Quando a entrada é aplicada no terminal Inversor 𝑣𝑒𝑛 𝑡 𝑣𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝐴 𝑣𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟 𝑒 𝑟 0 𝑅 𝑓 𝑅 𝑆 𝒗𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑨𝑽𝒇 𝒗𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝑠𝑎í𝑑 𝑎 𝑅 𝑓 𝑅 𝑉 𝑒𝑛 𝑡 𝑅 𝑓 𝑨𝑽𝒇 𝑅 EXERCÍCIO PARA O CIRCUITO ABAIXO CALCULE VO para Va 6V RESOLUÇÃO 1 Analisar o circuito Dividir em dois circuitos Verifica quem está operando como inversor Verifica quem está operando como nãoinversor Verificar se o AOP está ou não saturado SOLUÇÃO DIVIDIR EM DOIS CIRCUITOS CIRCUITO 1 CIRCUITO 2 V1 SOLUÇÃO ANALISAR A CONFIGURAÇÃO V1 CIRCUITO 1 CONFIGURAÇÃO INVERSORA CIRCUITO 2 CONFIGURAÇÃO NÃOINVERSORA SOLUÇÃO CALCULAR A TENSÃO DE SAÍDA PARA O CIRCUITO 1 𝑨𝑽𝒇 𝑅 𝑓 60𝑘 2 30𝑘 𝒗𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑨𝑽𝒇 𝒗𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝑽𝟏 𝑨𝑽𝒇 𝑽𝒂 𝟐 𝟔 𝟏𝟐𝑽 𝒍𝒐𝒈 𝒐 𝑽𝟏 𝟏𝟐𝑽 Entrada do circuito 2 SOLUÇÃO CALCULAR A SAÍDA DO CIRCUITO 2 𝑩 𝑹 𝑺 𝑹𝑺 𝑹𝒇 𝟔𝟖 𝒌 𝟔𝟖𝒌 𝟑𝟒𝒌 𝟎 𝟔𝟔𝟔 𝟏 𝟏 𝑨𝑽𝒇 𝑩 𝟎 𝟔𝟔𝟔 𝟏 𝟓 𝒗𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑨𝑽𝒇 𝒗𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝑽𝟎 𝑨𝑽𝒇 𝑽𝟏 𝟏 𝟓 𝟏𝟐𝑽 𝟏𝟖𝑽 𝑺𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂çã𝒐 𝒍𝒐𝒈 𝒐 𝑽𝟎 𝟏𝟓𝑽 TENSÃO DE SAÍDA DO CIRCUITO EXERCÍCIO 2 PARA O CIRCUITO ABAIXO DETERMINE O VALOR DE V0 SOLUÇÃO 1 Analisar o circuito Verifica quem está operando como inversor ou não inversor Não tem o resistor Rs Considerar o conceito de terravirtual para obter a expressão da saída versus a entrada Verificar se o AOP está ou não saturado SOLUÇÃO ANALIZANDO O CIRCUITO VEMOS QUE A ENTRADA OCORRE ENO TERMINAL INVERSOR LOGO TRATASE DE AMPLIFICADOR INVERSOR 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V SOLUÇÃO ANALIZANDO O CIRCUITO VEMOS QUE A ENTRADA OCORRE ENO TERMINAL INVERSOR LOGO TRATASE DE AMPLIFICADOR INVERSOR Considerando a malha que será percorrida pela corrente temos 𝑣𝑣𝑖𝑟𝑡 0 V 𝐼 25μ 𝐴 33𝑀 ΏK 𝐼 25μ 𝐴 0 𝑀𝑎𝑙ℎ 𝑎2 𝑅 𝑓 𝑉𝑣𝑖𝑟𝑡 𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎 I 33 𝑀 0 𝑉𝑂 25μ 𝑉𝑂 25μ 33𝑀 825𝑉 Amplificador Diferencial ou Subtrator Tratase de circuito que permite que se obtenha na saída uma tensão igual a diferença entre os sinais aplicado multiplicada por um ganho Tratase de um amplificador de inúmeras aplicações na área da instrumentação Amplificador Diferencial ou Subtrator Tem dois sinais de entrada de mesma resistência Possui realimentação negativa A entrada nãoinversora é aterrada por um resistor de mesmo valor da resistência de realimentação Amplificador Subtrator Tem dois sinais de entrada de mesma resistência Possui realimentação negativa A entrada não inversora é aterrada por um resistor de mesmo valor da resistência de realimentação 𝑠 𝑅 𝑓 𝑉 1 2 𝑅 𝑓 Amplificador Subtrator 𝑅 𝑓 𝑉𝑠 𝑅 𝑉2 𝑉1 𝑹𝒇 𝐺𝑎𝑛ℎ𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑏𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 ONDE É VÁLIDA A SEGUINTE EXPRESSÃO 𝑽𝒔 𝑆𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑆𝑢𝑏𝑡𝑟𝑎çã 𝑜 𝑽𝟏 𝒆 𝑽𝟐 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 Amplificador Subtrator 𝑉𝑠 𝑉2 𝑉1 PARA 𝑹𝒇 𝑹 𝑹𝒇 𝐺𝑎𝑛ℎ𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑏𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑹 ONDE 𝑽𝒔 𝑆𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑆𝑢𝑏𝑡𝑟𝑎çã 𝑜 𝑽𝟏 𝒆 𝑽𝟐 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 EXERCÍCIO 1 Obtenha o valor de Vs para o circuito abaixo EXERCÍCIO 1 SOLUÇÃO TRATASE DE UM SUBTRATOR LOGO É VÁLIDA A SEGUINTE EXPRESSÃO 𝑅 𝑓 5 𝐾 𝑉𝑠 𝑅 𝑉2 𝑉1 5𝐾 7 2 𝑽𝒔 𝟓𝑽 𝑅𝑓 5𝐾 𝑅 5𝐾 𝑉1 2V 𝑉2 7V CONVERSOR DIGITAL PARA ANALÓGICO DA Um circuito conversor Digital para Analógico DA é utilizado quando necessitamos converter uma variável digital em uma variável analógica Dessa forma a informação digitalizada geralmente é codificada no código BCD8421 é a partir desse código que faremos a conversão para uma saída analógica Nesta saída analógica correspondente ao valor binário colocado na entrada CONVERSOR DIGITAL PARA ANALÓGICO DA APLICA ENTRADAS DIGITAIS Ex 0100 01010110 OBTEM UMA SAÍDA ANALÓGICA UM VALOR DE TENSÃO ex 4V 5V 6V CONVERSOR DIGITAL PARA ANALÓGICO DA AMPLICADOR SOMADOR revisão 𝑅 𝑓 𝑅 2 Para n entradas temos 𝑠 𝑉 1 𝑉 2 𝑅 1 𝑅 𝑛 𝑉 𝑛 𝑉𝑠 𝑅 𝑓 𝑅 1 1 𝑉 𝑅 𝑓 𝑅 2 𝑅 𝑓𝑛 𝑉2 𝑅 𝑉𝑛 CONVERSOR DA 𝑅 𝑓 2 𝑅 O circuito do conversor DA com amplificador é 𝑠 𝑉 𝐴 𝑉 1 𝑅 𝑉 𝐶 𝑉 𝐷 4 𝑅 8 𝑅 𝑉𝑠 𝑅 𝑓 𝑅𝑓 𝑅𝑓 𝑉𝐴 𝑉𝐵 𝑉𝐶 𝑅 2𝑅 4𝑅 𝑅 𝑓 𝑉𝐷 8𝑅 CONVERSOR DA 𝑅 𝑓 2 𝑅 O circuito do conversor DA com amplificador é 𝑠 𝑉 𝐴 𝑉 𝑉 𝐶 𝑉 𝐷 4 𝑅 8 𝑅 𝑅 𝑓 𝑉𝑠 𝑅 𝑉𝐴 𝑉 𝐵2 𝑉𝐶 𝑉𝐷 4 8 simplificando CONVERSOR DA 𝑅 𝑓 2 𝑅 𝑉𝐴 𝑉𝐵 𝑉𝐶 E 𝑉𝐷 são níveis lógicos 0 ou 𝑉𝑐𝑐 ou seja 𝑉𝐴 𝐴 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝐵 𝐵 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝐶 𝐶 𝑉𝑐 𝑐 E 𝑉𝐷 𝐷 𝑉𝑐𝑐 𝑠 4 𝑅 8 𝑅 𝑅 𝑓 𝐵 𝐶 𝐷 𝑉𝑠 𝑅 𝑉𝑐 𝑐 𝐴 2 4 8 Vcc é uma tensão e A B C e D são bits do código ABCD8421 CONVERSOR DA 𝑅 𝑓 2 𝑅 𝑉𝐴 𝑉𝐵 𝑉𝐶 E 𝑉𝐷 são níveis lógicos 0 ou 𝑉𝑐𝑐 ou seja 𝑉𝐴 𝐴 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝐵 𝐵 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝐶 𝐶 𝑉𝑐 𝑐 E 𝑉𝐷 𝐷 𝑉𝑐𝑐 𝑠 4 𝑅 8 𝑅 𝑅 𝑓 𝐵 𝐶 𝐷 𝑉𝑠 𝑅 𝑉𝑐 𝑐 𝐴 2 4 8 Vcc é uma tensão e A B C e D são bits do código BCD8421 𝑉 𝑐𝑐 CÓDIGO BCD8421 É um código pelo qual se obtém um valor a partir de uma sequência de 4 bits ABCD Da seguinte forma Os bits devem ser multiplicados pelos respectivos pesos 8 4 2 E 1 e depois devem ser somados resultando em um determinador valor 8A4B2C1D EX PARA A SEGUINTE SEQUENCIA DE BITS 1011 QUAL O VALOR NO CÓDIGO BCD8421 SOLUÇÃO A1 B0 C1 D1 8 1 4 0 2 1 1 1 11 EXERCÍCIO 2 OBTER Vs PARA O SEGUINTE CIRCUITO CONVERSOR DA COM Vcc 8V e RRf 5K Ჲ PARA A ENTRADA A0 B0 C1 E D1 SOLUÇÃO PARA O CONVERSOR DA APLICASE A EXPRESSÃO 𝑅𝑓 𝐵 𝐶 𝐷 𝑉𝑠 𝑅 𝑉𝑐 𝑐 𝐴 2 4 8 SUBSTITUINDO OS VALORES TEMOS 5𝑘 0 1 1 𝑉𝑠 5𝑘 8 0 2 4 8 𝑉𝑠 3𝑉 EXERCÍCIO 3 REPETIR O EXEMPLO ANTERIOR PARA A ENTRADA A1 B1 C1 E D1 SOLUÇÃO 𝑅 𝑓 𝐵 𝐶 𝐷 𝑉𝑠 𝑅 𝑉𝑐 𝑐 𝐴 2 4 8 5𝑘 1 1 1 𝑉𝑠 5𝑘 8 1 2 4 8 𝑉𝑠 15𝑉 SIMULAÇÃO EXERCÍCIO 2 180 V 190 mA Referencia 180 V 396 mA 18V 18V 10k 20k 40k Rf 150 V 800 Vcc 150 mA opAmp CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL AD Circuito no qual possui entrada analógica valor decimal e saída Digital Sequência de bits CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL AD ou ADCs O conversor AD é mais complexo do que o conversor DA Pois o conversor AD utiliza em seu circuito um conversor DA O conversor AD utiliza Contadores Comparadores utiliza portas lógicas utiliza FlipFlops e também conversores DA Aplicações Microcontroladores voltímetros digitalização de áudio e vídeo leitura de sensores etc ARQUITETURA DO CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL AD CLOCK Ck O CLOCK É UM PULSO NO QUAL IRÁ ATIVAR UM DETERMINADO DISPOSITIVO NA DESCIDA DO SINAL Clock Tempo Descida do pulso CONTADOR CONTADOR CLOCK O CONTADOR É UM DISPOSITIVO QUE POSSUI DUAS ENTRADAS 1ª É O SINAL DO CLOCK A 2ª É O SINAL DO CLEAR POSSUI UMA SAÍDA DIGITAL CLOCK INCREMENTAR UMA UNIDADE NA SAÍDA DO CONTADOR CLEAR ZERAR O CONTADOR OU REINICIAR SAÍDA DIGITAL UMA SEQUÊNCIA DE BITS CLEAR BITS BCD8421 A B C D CONTADOR EX REPRESENTE A SAÍDA DE UM CONTADOR PARA O SEGUINTE Ck Ck Tempo CONTADOR ABCD0100 ABCD0011 ABCD0010 ABCD0001 ABCD0000 1Ck 3Ck 2Ck COMPARADOR POSSUI DUAS ENTRADAS APLICADAS EM UM AOP 1ª ENTRADA É O SINAL DE REFERÊCIA A 2ª ENTRADA É UM SINAL EXTERNO SINAL DE REFERÊCIA Vr É APLICADO NA ENTRADA INVERSORA DO AOP SINAL DE EXTERNO Ve É APLICADO NA ENTRADA NÃOINVERSORA DO AOP POSSUI UMA SAÍDA Vs QUE PODE ASSUMIR VALORES Vs5V e Vs0V COMPARA OS DOIS SINAIS Vr e Ve E GERA UM SINAL LÓGICO NA SAÍDA PARA Ve Vr Vs 5V nível 1 PARA Vr Ve Vs 0V nível 0 COMPARADOR COMPARA OS DOIS SINAIS Vr e Ve E GERA UM SINAL LÓGICO NA SAÍDA PARA Ve Vr Vs 5V nível 1 PARA Vr Ve Vs 0V nível 0 COMPARADOR Ex Dado os seguintes sinais Vr e Ve represente a saída do comparador no qual esses dois sinais estão sendo aplicados Vs Volts 5 0 FLIPFLOP TIPO D POSSUI DUAS ENTRADAS 1ª ENTRA É UM BIT 0 OU 1 A 2ª ENTRADA É UM SINAL DE CLOCK A SAÍDA VAI SER O VALOR DO BIT NA DESCIDA DO CLOCK BIT 0 ou 1 CLOCK O ÚLTIMO VALOR DO BIT APLICADO NO TEMINAL D QUANDO OCORREU A DESCIDA DO CLOCK FLIPFLOP TIPO D Tempo Ex Dado a sequencia de bits aplicado no terminal D do Flip Flip tipo D e também o seguinte sinal de Clock determine a saída do FlipFlop Ck Tempo Bit SAÍDA CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL AD 𝐶𝑂𝑀𝑃𝐴𝑅𝐴 𝐷𝑂𝑅 𝐸𝑁𝑇𝑅𝐴𝐷𝐴 𝐴𝑁𝐴𝐿Ó𝐺𝐼𝐶𝐴 𝑉 𝑒 𝑉 𝑟 𝑠 PARA Ve Vr Vs 5V nível 1 PARA Vr Ve Vs 0V nível 0 Contador 𝐴 𝐵 𝐶 𝐷 Conversor DA 𝐶 𝑘 𝐶𝑙𝑒 𝑎𝑟 𝐷 𝐶 𝑘 𝐷 𝐶 𝑘 𝐷 𝐶 𝑘 𝐷 𝐶 𝑘 𝐶𝑘 𝑆𝐴Í 𝐷𝐴 EXERCÍCIO CONSIDERE O CONVERSOR AD ILUSTRADO ABAIXO NO QUAL O CONVERSOR DA OBEDECE A CODIFICAÇÃO BCD8421 LEVANTE O DIAGRAMA TEMPORAL DO CONVERSOR AD PARA Ve38 Volts SOLUÇÃO Ve38 Vr 4 3 2 1 Vs 1 A0 B1 C0 D0 4volts SAÍDA DO INSTRUMENTO CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL AD Do exercício anterior percebemos que o conversor AD quando for aplicado uma valor fracionário na entrada mostrará na saída um valor digital imediatamente superior Ex para uma entrada de 38V a saída foi 4V Um meio de solucionar esse problema é trocar o contador de década por dois contadores de década e efetuar a contagem de 0 a 99 Isso fará com que o erro entre o valor medido e mostrado na saída seja menor Esse instrumento corresponde ao Voltímetro digital de dois dígitos Voltímetro Digital de dois Dígitos Clear Clock Ck Contador de Década Ck Contador de Década A B C D A B C D Vs Vr AO Ve Entrada Analógica Conversor DigitalAnalógico D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck Decodificador BCD para 7 segmentos a b c d e f g Decodificador BCD para 7 segmentos a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g Voltímetro digital de dois dígitosContinuação O decodificador BCD para 7 segmentos acionará o mostrador de 7 segmentos abcdefg assim o display mostrará o valor de tensão em algarismos decimais Exercício Quais e quantos elementos são necessários para constituir um voltímetro de 3 algarismos SOLUÇÃO 1 comparador 1 porta lógica AND 3 contadores de décadas 1 conversores DA com 3 entradas de 4 bits 12 Flipflops de saída 3 decodificadores BCD7 segmentos 3 displays de 7 segmentos Processo de Digitalização O processo de digitalização de um sinal é constituído em diversas etapas de modo que valores de analógicos de variáveis físicas podem ser podem ser medidos por instrumentos e seus valores ilustrados de forma decimal Isso graças ao avanço da tecnologia que produz componentes eletrônicos cada vez menores e mais precisos Circuito SampleandHold Amostra e Retém Na análise dos conversores AD supomos que a tensão de entrada Ve é constante Porém se a tensão de entrada conversão variar de uma quantidade significativaenquanto a ADestiver em prosseguimento a saída digitalizada será ambígua Processo de Digitalização SENSORES LEITURA DE VARIÁVEIS FÍSICAS Temperatura Deformação Pressão TRANSDUTOR SAÍDA DIGITAL bits MEDIÇÕES MULTIPLEXA DOR ANALÓGICO SAMPLEHOLD CONVERSOR AD Em forma decimal por um display de 7seg INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO Tensão etc CONTROLADOR