Análise e Simulação de Circuito com Amplificador Operacional e Sensor LM35 - Atividade Prática

Atividade De acordo com o estudo dos amplificadores operacionais realize análise do circuito apresentado simule o circuito e responda as questões propostas Considere VCC 5V a Consulte o datasheet folha de dados com sensor LM35 e informe as seguintes especificações Fator de escala Saída de VC Faixa de Tensão de alimentação Encapsulamentos Package e Precisão Ta 25ºC b De forma detalhada explique com suas palavras o funcionamento do circuito c Se ajustarmos o resistor variável RV1 em 35 em qual valor de temperatura o sensor LM35 irá acionar o ventilador Se fosse necessário acionar o ventilador em 85C qual deveria ser o novo ajuste de RVI d Através da consulta no datasheet folha de dados do CI LM324 informe qual é o ganho típico em malha aberta VmV a máxima tensão de alimentação e a máxima corrente de saída source current e Considerando que o transistor Q1 possui uma tensão Vcesat 0V e a resistência da bobina do relê 47 ohms qual será a corrente que ele irá drenar quando estiver conduzindo Ic sat f Após encontrar a corrente Ic sat calcule o beta de operação do transistor no circuito O valor encontrado é considerado um beta baixo ou alto g Qual é a função do diodo D1 Em circuitos práticos a não utilização deste componente em paralelo com bobinas poderá gerar prejuízos ao circuito h Porque foi necessário utilizar um transistor para chavear a bobina do relê RL1 O que aconteceria se a bobina do relê fosse ligada diretamente a saída do amplificador operacional i Desenhe um circuito regulador de tensão ampop transistor bipolar e diodo zener Explique como funciona este circuito a Consulte o datasheet folha de dados com sensor LM 35 e informe as seguintes especificações Fator de escala Saída de VC Faixa de tensão de alimentação Encapsulamentos Package e Precisão T a25 C Respostas Fator de escala10mV C Faixade tensãodealimentação4V até30V Encapsulamentos CAN 92 SOIC 220 Precisão05 C b De forma detalhada explique o funcionamento do circuito Resposta O circuito pode ser dividido em seis blocos distintos A B C D E e F O bloco A apresenta o sensor LM35 onde ao alimentálo sua saída de tensão V out se altera de forma linear de acordo com a temperatura O bloco B é responsável por um divisor de tensão e sua saída é uma tensão entre 0V e VCC O Bloco C é um comparador de tensão onde caso a tensão V out do LM35 seja maior que a tensão resultante do divisor de tensão no bloco B a saída será VCC caso a tensão V out do LM35 seja menor que a tensão resultante do divisor de tensão no bloco B a saída será 0V O bloco D é responsável pelo acionamento do circuito Como a corrente entregue pelo amplificador operacional é baixa o amplificador operacional ao receber uma corrente baixa em sua base faz com que o sinal em seu coletor possa ter uma corrente mais alta capaz de magnetizar a bobina do relé O bloco E é responsável pela divisão entre o circuito de controle visto até aqui e o circuito de potência O circuito de potência é formado por uma fonte e um ventilador sem que este esteja acoplado ao circuito de controle por causa do relé O diodo na bobina garante que ao ser desligado o circuito a corrente armazenada na bobina do relé tenha um caminho a ser percorrido não danificando os outros componentes O Bloco F é responsável pela indicação de funcionamento onde o LED acende caso possua tensão na bobina consequentemente caso o ventilador esteja em funcionamento cSe ajustarmos o resistor RV1 em 35 em qual valor de temperatura o sensor LM35 irá acionar o ventilador Se fosse necessário acionar em 85C qual deveria ser o novo ajuste de RV1 V 2 035RV 1 4 kRV 1 5 0351k 4k1k 5 V 2035V Com o fator de escala sendo FE temos T V FE 035 10m 35C Para 85C temos VT FE8510m0 85V 085 X 1k 4k1k 5 X085 X 85 d Através da consulta no datasheet folha de dados do CI LM324 informe qual é o ganho típico em malha aberta VmV a máxima tensão de alimentação e a máxima corrente de saída source current Respostas G anhotípico demalhaaberta100M mV Máximatensãode alimentação30V Máxima correntede saída70 mA e Considerando que o transistor Q1 possui uma tensão Vcesat 0V e a resistência da bobina do relê 47ohms qual a corrente que ele irá drenar quando estiver conduzindo Ic sat I csatV cc Rc I csat 5 47 I csat 10638 mA f Após encontrar a corrente Ic sat calcule o beta de operação do transistor no circuito O valor encontrado é considerado um beta baixo ou alto I bsat I c sat β I bV bV be Rb I b507 820 I b5255mA I bsat I b 10 5255 μA β I csat I b sat β10638mA 5255 μA β2024 O valor de β encontrado é um valor típico g Qual é a função do diodo D1 Em circuitos práticos a não utilização deste componente em paralelo com a bobina poderá gerar prejuízos ao circuito Resposta Como a bobina nada mais é do que um indutor ela não aceita variações bruscas de corrente A tensão em um indutor é dada por vLL di L t dt Como a derivada representa a taxa de variação caso a bobina seja acionada e depois desligada a queda brusca na corrente leva a uma tensão muito alta podendo danificar os componentes que estejam conectados a ela Uma forma de resolver este problema é com o diodo de giro onde seu único papel é garantir um caminho para a corrente quando o circuito da bobina é desligado Com o diodo a corrente irá circular na malha criada com o diodo e a própria bobina até que desenergizar com uma baixa variação garantindo assim uma baixa tensão que não danifique os componentes h Porque foi necessário utilizar um transistor para chaver a bobina do relê RL1 O que aconteceria se a bobina do relê fosse ligada diretamente a saída do amplificador operacional Resposta O transistor serve para garantir que baixos sinais sejam amplificados em corrente O amplificador operacional tem limitação para a entrega de corrente em sua saída não conseguindo fornecer corrente suficiente para a bobina que possui resistência baixa Desta forma alimentar a base do transistor para assim levar a saturação ou não é uma forma de chavear um circuito que depende de mais potência que um amplificador operacional pode fornecer Caso a bobina fosse ligada diretamente ao amplificador operacional iria acontecer uma sobrecarga de corrente no CI do amplificador operacional que iria aquecer ao ponto de queimar e perder seu funcionamento e o mais provável é que a bobina nem seria energizada ao ponto de acionar o relé pois a corrente fornecida não seria o suficiente i Desenhe um circuito regulador de tensão com ampop transistor bipolar e diodo zener Explique como funciona este circuito Inicialmente a tensão no Zener vai diretamente para a porta não inversora do amplificador operacional Caso seja considerado o ramo base emissor do transistor como um curto é possível notar que se trata de um amplificador não inversor A saída deste circuito é dada por V s1 Rf RAV z Desta forma a saída só depende da tensão do zener e dos resistores no circuito do amplificador O transistor nesta configuração está em série com a carga e desta forma toda a tensão que não vai para a carga é dissipada no transistor Utilizando uma fonte de 36V um zener de 6V Rf10k Ω e Ra10k Ω temos que a tensão na carga será de V s1 10k 10k6 V s26 V s12V A tensão no transistor então será de V TV fV s V T3612 V T24V Caso a carga seja de 1k Ω temos I carga 12 1k 12mA A potencia fornecida a carga é de Pcarga1212mA Pcarga144mW Já a potência consumida pelo transistor é de PT2412mA PT288mW Como é possível notar este regulador não possui boa eficiência pois boa parte da potencia fornecida pela fonte é dissipada no transistor Find the Error and Work in a Group Name Date 1 The error in the paragraph is that the word Its is used instead of Its 2 The word should be conscience not conscious 3 The word affect should be effect 4 The correct word is there not their 5 The words its its and your should be correctly used 6 The word receive is misspelled as recieve 7 The phrase between you and I should be between you and me 8 The correct usage is lose not loose 9 The phrase could of is incorrect should be could have 10 The plural of mouse is mice not mouses a Consulte o datasheet folha de dados com sensor LM 35 e informe as seguintes especificações Fator de escala Saída de VC Faixa de tensão de alimentação Encapsulamentos Package e Precisão 𝑇𝑎 25𝐶 Respostas 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 10 𝑚𝑉𝐶 𝐹𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 4𝑉 𝑎𝑡é 30𝑉 𝐸𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑇𝑂 𝐶𝐴𝑁 𝑇𝑂 92 𝑆𝑂𝐼𝐶 𝑇𝑂 220 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠ã𝑜 05𝐶 b De forma detalhada explique o funcionamento do circuito Resposta O circuito pode ser dividido em seis blocos distintos A B C D E e F O bloco A apresenta o sensor LM35 onde ao alimentálo sua saída de tensão 𝑉𝑜𝑢𝑡 se altera de forma linear de acordo com a temperatura O bloco B é responsável por um divisor de tensão e sua saída é uma tensão entre 0V e VCC O Bloco C é um comparador de tensão onde caso a tensão 𝑉𝑜𝑢𝑡 do LM35 seja maior que a tensão resultante do divisor de tensão no bloco B a saída será VCC caso a tensão 𝑉𝑜𝑢𝑡 do LM35 seja menor que a tensão resultante do divisor de tensão no bloco B a saída será 0V O bloco D é responsável pelo acionamento do circuito Como a corrente entregue pelo amplificador operacional é baixa o amplificador operacional ao receber uma corrente baixa em sua base faz com que o sinal em seu coletor possa ter uma corrente mais alta capaz de magnetizar a bobina do relé O bloco E é responsável pela divisão entre o circuito de controle visto até aqui e o circuito de potência O circuito de potência é formado por uma fonte e um ventilador sem que este esteja acoplado ao circuito de controle por causa do relé O diodo na bobina garante que ao ser desligado o circuito a corrente armazenada na bobina do relé tenha um caminho a ser percorrido não danificando os outros componentes O Bloco F é responsável pela indicação de funcionamento onde o LED acende caso possua tensão na bobina consequentemente caso o ventilador esteja em funcionamento cSe ajustarmos o resistor RV1 em 35 em qual valor de temperatura o sensor LM35 irá acionar o ventilador Se fosse necessário acionar em 85C qual deveria ser o novo ajuste de RV1 𝑉2 035𝑅𝑉1 4𝑘 𝑅𝑉1 5 035 1𝑘 4𝑘 1𝑘 5 𝑉2 035𝑉 Com o fator de escala sendo FE temos 𝑇 𝑉 𝐹𝐸 035 10𝑚 35𝐶 Para 85C temos 𝑉 𝑇 𝐹𝐸 85 10𝑚 085𝑉 085 𝑋1𝑘 4𝑘 1𝑘 5 𝑋 085 𝑋 85 d Através da consulta no datasheet folha de dados do CI LM324 informe qual é o ganho típico em malha aberta VmV a máxima tensão de alimentação e a máxima corrente de saída source current Respostas 𝐺𝑎𝑛ℎ𝑜 𝑡í𝑝𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑎 100𝑀𝑚𝑉 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 30𝑉 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 70𝑚𝐴 e Considerando que o transistor Q1 possui uma tensão Vcesat 0V e a resistência da bobina do relê 47ohms qual a corrente que ele irá drenar quando estiver conduzindo 𝑰𝒄 𝒔𝒂𝒕 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 𝑉𝑐𝑐 𝑅𝑐 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 5 47 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 10638𝑚𝐴 f Após encontrar a corrente 𝑰𝒄𝒔𝒂𝒕 calcule o beta de operação do transistor no circuito O valor encontrado é considerado um beta baixo ou alto 𝐼𝑏𝑠𝑎𝑡 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 𝛽 𝐼𝑏 𝑉𝑏 𝑉𝑏𝑒 𝑅𝑏 𝐼𝑏 5 07 820 𝐼𝑏 5255𝑚𝐴 𝐼𝑏𝑠𝑎𝑡 𝐼𝑏 10 5255𝜇𝐴 𝛽 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 𝐼𝑏𝑠𝑎𝑡 𝛽 10638𝑚𝐴 5255𝜇𝐴 𝛽 2024 O valor de 𝛽 encontrado é um valor típico g Qual é a função do diodo D1 Em circuitos práticos a não utilização deste componente em paralelo com a bobina poderá gerar prejuízos ao circuito Resposta Como a bobina nada mais é do que um indutor ela não aceita variações bruscas de corrente A tensão em um indutor é dada por 𝑣𝐿 𝐿 𝑑𝑖𝐿𝑡 𝑑𝑡 Como a derivada representa a taxa de variação caso a bobina seja acionada e depois desligada a queda brusca na corrente leva a uma tensão muito alta podendo danificar os componentes que estejam conectados a ela Uma forma de resolver este problema é com o diodo de giro onde seu único papel é garantir um caminho para a corrente quando o circuito da bobina é desligado Com o diodo a corrente irá circular na malha criada com o diodo e a própria bobina até que desenergizar com uma baixa variação garantindo assim uma baixa tensão que não danifique os componentes h Porque foi necessário utilizar um transistor para chaver a bobina do relê RL1 O que aconteceria se a bobina do relê fosse ligada diretamente a saída do amplificador operacional Resposta O transistor serve para garantir que baixos sinais sejam amplificados em corrente O amplificador operacional tem limitação para a entrega de corrente em sua saída não conseguindo fornecer corrente suficiente para a bobina que possui resistência baixa Desta forma alimentar a base do transistor para assim levar a saturação ou não é uma forma de chavear um circuito que depende de mais potência que um amplificador operacional pode fornecer Caso a bobina fosse ligada diretamente ao amplificador operacional iria acontecer uma sobrecarga de corrente no CI do amplificador operacional que iria aquecer ao ponto de queimar e perder seu funcionamento e o mais provável é que a bobina nem seria energizada ao ponto de acionar o relé pois a corrente fornecida não seria o suficiente i Desenhe um circuito regulador de tensão com ampop transistor bipolar e diodo zener Explique como funciona este circuito Inicialmente a tensão no Zener vai diretamente para a porta não inversora do amplificador operacional Caso seja considerado o ramo base emissor do transistor como um curto é possível notar que se trata de um amplificador não inversor A saída deste circuito é dada por 𝑉𝑠 1 𝑅𝑓 𝑅𝐴 𝑉𝑧 Desta forma a saída só depende da tensão do zener e dos resistores no circuito do amplificador O transistor nesta configuração está em série com a carga e desta forma toda a tensão que não vai para a carga é dissipada no transistor Utilizando uma fonte de 36V um zener de 6V 𝑅𝑓 10𝑘Ω e 𝑅𝑎 10𝑘Ω temos que a tensão na carga será de 𝑉𝑠 1 10𝑘 10𝑘 6 𝑉𝑠 2 6 𝑉𝑠 12𝑉 A tensão no transistor então será de 𝑉𝑇 𝑉𝑓 𝑉𝑠 𝑉𝑇 36 12 𝑉𝑇 24𝑉 Caso a carga seja de 1𝑘Ω temos 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 12 1𝑘 12𝑚𝐴 A potencia fornecida a carga é de 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 12 12𝑚𝐴 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 144𝑚𝑊 Já a potência consumida pelo transistor é de 𝑃𝑇 24 12𝑚𝐴 𝑃𝑇 288𝑚𝑊 Como é possível notar este regulador não possui boa eficiência pois boa parte da potencia fornecida pela fonte é dissipada no transistor The error in the paragraph is the incorrect use of affect instead of the correct word effect The word affect is a verb while effect is a noun which fits the context of the sentence better