Trabalho 3 - Intrumentação e Sistemas de Medidas

21 a Qual a impedância de entrada do circuito Dados do Circuito Obtendo os dados do circuito a partir do software ficamos com a tabela a seguir e podemos calcular a impedancia de entrada Nodes Values AM1 617 µA IR17Vo 873 µA 50588 m IU1L2U198U 3907 pA 9049 IU1L3U122V 873 µA 17949 IU1R10U13 139 nA 9049 IU1R12U198U 109 µA 11496 m IU1R13U117U 3907 pA 9049 IU1R16U124U 437 µA 50588 m IU1R17U123U 436 µA 17949 IU1R2U134 139 nA 9049 IU1R3U15 134 µA 9054 IU1R4U16 134 µA 8946 IU1R5U198U 1077 nA 8631 m IU1R8 5VU1 311 1025 A 777 IU1R9U149 311 1025 A 1023 IU1RL3U122U 274 1016 A 9051 IU1V2 5VU1 109 pA 8631 m IU1V3U110 109 pA 17991 IU1V4U120U 313 fA 17949 IU1V5U122U 313 fA 50585 m IU1V6U126U 437 µA 17949 IU1V7U122U 436 µA 50588 m IVi30 873 µA 17951 VI 0 V Vo 126 V ZM1 11455 kΩ Tabela 1 Dados do Circuito TINA A impedância de entrada Zin é dada pela relação entre a tensão de entrada Vin e a corrente de entrada Iin Zin Vin Iin Com base nos dados da tabela Vin 126 V Iin 873 µA Calculando a impedância de entrada 1 Zin 126 V 873 106 A Zin 14434 kΩ Portanto a impedância de entrada do circuito é aproximadamente 14434 kΩ b Esse AmpOp pode ser alimentado com fonte simples Quais os limites de tensão de alimentação em termos de fonte simétrica Alimentação com Fonte Simples Sim o amplificador operacional LM324 pode ser alimentado com uma fonte simples Esse modelo de amplificador operacional foi projetado para operar tanto com uma fonte simples quanto com uma fonte simétrica Limites de Tensão de Alimentação em Fonte Simétrica Quando alimentado com uma fonte simétrica os limites de tensão de alimentação para o LM324 são os seguintes Tensão mínima de alimentação 15 V Tensão máxima de alimentação 16 V Em outras palavras ele pode operar com uma tensão total de alimentação de 3 V a 32 V sendo que essas tensões podem ser distribuídas simetricamente 15 V a 16 V c Qual a tensão de offset deste AmpOp A tensão de offset de entrada do amplificador operacional LM324 é tipicamente de 2 mV mas pode variar até um valor máximo de 7 mV de acordo com a folha de dados do componente Essa tensão de offset é a diferença de potencial que precisa ser aplicada entre as entradas inversora e nãoinversora para que a saída do amplificador operacional seja zero quando o ganho de malha aberta é considerado 2 d No software Tina simular o circuito de forma a reproduzir o gráfico do slide 24 Figura 1 Gráfico Circuito Slide 24 e No software Tina obter a resposta em frequência Bode para esse circuito Figura 2 Gráfico Bode 3 Figura 3 Gráfico Bode f Repetir o item d mas considerando agora fonte simples de 0 V a 5 V sugestão trocar a fonte de 5 V por 0 V Justifique o formato da resposta nesse caso Foi alterada a alimentação do amplificador operacional de uma configuração simétrica 5V 5V para uma configuração assimétrica 0V 5V Essa mudança resultou em diferenças significativas na resposta do circuito 1 Ganho Gráfico Superior Antes da Alteração Com a alimentação simétrica 5V 5V o ganho do circuito apresentava um pico acentuado em uma determinada frequência indicando uma amplificação significativa especialmente na região de ressonância Após a Alteração Com a alimentação assimétrica 0V 5V o ganho se tornou mais controlado e plano sem o pico de ressonância Isso ocorre porque a operação com uma alimentação assimétrica limita a amplitude dos sinais que o amplificador pode processar 2 Fase Gráfico Inferior Antes da Alteração A fase do sinal mudava de forma mais acentuada nas regiões de maior ganho com a alimentação simétrica Após a Alteração Com a alimentação assimétrica a variação de fase foi menos abrupta resultando em uma resposta mais estável ao longo das frequências 4 22 a Qual a impedância de entrada do circuito Para calcular a impedância de entrada Zin do circuito utilizamos a relação entre a tensão de entrada Vin e a corrente de entrada Iin Zin Vin Iin Com base nos dados fornecidos Vin 2 mV 2 103 V correspondente ao nó VR1V i1 Iin 19998 nA 19998 109 A correspondente ao nó IR1V i1 Agora calculando a impedância de entrada Zin 2 103 V 19998 109 A 10 103 Ω Zin 10 kΩ Portanto a impedância de entrada do circuito é aproximadamente 10 kΩ b No software Tina simular o circuito e obter a corrente de entrada A corrente de entrada de acordo com o Tina é 19998 nA c No software Tina simular o circuito de forma a reproduzir o gráfico do slide 35 Figura 4 Gráfico Circuito Slide 35 5 d Trocar os valores dos resistores de forma que para resistores de 10 kΩ trocar para 1 Ω e para resistores de 20 kΩ trocar para 2 Ω O ganho é afetado com essa mudança Figura 5 Diagrama De Bode 10k20k Figura 6 Gráfico de Bode 1k2k A troca dos resistores de 10 kΩ para 1 Ω e de 20 kΩ para 2 Ω resultou em uma leve alteração na resposta em frequência do circuito conforme mostrado nos diagramas de Bode comparativos 1 Ganho Gráfico Superior Antes da Troca O ganho do circuito era praticamente constante em toda a faixa de frequências próximo de 0 dB indicando que o circuito estava passando o sinal sem amplificação ou atenuação significativas Após a Troca O ganho se manteve próximo de 0 dB na maior parte das frequências mas apresentou uma leve queda em frequências mais altas sugerindo que o circuito começou a atenuar o sinal em altas frequências 6 2 Fase Gráfico Inferior Antes da Troca A fase do circuito permaneceu quase constante ao longo da faixa de frequências com uma pequena variação negativa em altas frequências Após a Troca A fase apresentou uma variação mais acentuada em altas frequên cias indicando que o circuito agora introduz um atraso de fase ligeiramente maior nessas frequências As mudanças observadas indicam que após a troca dos resistores o circuito ficou um pouco mais sensível a altas frequências resultando em uma pequena atenuação no ganho e maior variação de fase e No software Tina simular o circuito do item d e obter a corrente de entrada Compare a corrente de entrada com aquela obtida no item b A corrente encontrada na simulação com os parametros do item d é de 2999uA f Qual o valor da potência de dissipação do resistor R1 para o cir cuito do item b e para o circuito do item d Comente sobre esses resultados e possíveis implicações Para calcular a potência dissipada pelo resistor R1 utilizamos a fórmula da potência PR1 VR1 IR1 Onde VR1 é a tensão sobre o resistor R1 IR1 é a corrente que passa pelo resistor R1 Circuito do Item b Tensão sobre R1 VR1 29976 mV 29976 103 V Corrente através de R1 IR1 2998 µA 2998 106 A PR1b 29976 103 V 2998 106 A PR1b 899 106 W 899 µW Circuito do Item d Tensão sobre R1 VR1 2999 mV 2999 103 V Corrente através de R1 IR1 2999 µA 2999 106 A PR1d 2999 103 V 2999 106 A PR1d 8994 106 W 8994 µW Comentários 7 Item b A potência dissipada pelo resistor R1 é de aproximadamente 899 µW Item d Após a troca dos resistores a potência dissipada pelo resistor R1 aumentou significativamente para aproximadamente 8994 µW Implicações A troca dos resistores aumentou a corrente que passa pelo resistor R1 resultando em um aumento da potência dissipada Esse aumento de potência pode levar a uma elevação na temperatura do resistor R1 o que deve ser considerado para evitar danos ou falhas no componente Em aplicações práticas é importante verificar se o resistor utilizado pode suportar a potência dissipada sem superaquecimento 8 23 a O que representa esse circuito Esse circuito representa um sistema de controle analógico especificamente um com pensador que combina as funções de ganho diferenciação e integração com um somador inversor Bloco de Ganho O primeiro amplificador operacional amplifica o sinal de entrada et com um ganho determinado pela razão dos resistores 20 kΩ e 1 kΩ resultando em um ganho de 20 Bloco Diferenciador O segundo amplificador operacional realiza a derivada do si nal de entrada et utilizando um capacitor de 1 µF e um resistor de 2 MΩ produzindo um sinal proporcional à taxa de variação de et Bloco Integrador O terceiro amplificador operacional integra o sinal de entrada et utilizando um capacitor de 1 µF e um resistor de 10 kΩ gerando um sinal proporcional à integral de et Somador Inversor O último amplificador operacional combina os sinais amplifica dos diferenciados e integrados somandoos com pesos iguais dado pelos resisto res de 10 kΩ e invertendo o resultado para produzir a saída ct b No software Tina construir o circuito utilizando o AmpOp LM234 Figura 7 Circuito Construído no Tina 9 c Considere o sinal de entrada vit 2ϵ01t Simular a resposta do circuito do item b para esse sinal de entrada Figura 8 Resposta em Bode d Faça uma lista de componentes para a compra do circuito do item b indicando o componente e o link para compra Amplificadores Operacionais LM324 4 unidades https encurtador com br lzoRj Resistores 1 kΩ 1 unidade https produto mercadolivre com br MLB3323049745100 resistores variados 110r 270r 470r 1kohms14wJM matttool 18956390utmsourcegoogleshopping utmmediumorganic 10 kΩ 5 unidades https produto mercadolivre com br MLB3323049745100 resistores variados 110r 270r 470r 1kohms14wJM matttool 18956390utmsourcegoogleshopping utmmediumorganic 20 kΩ 1 unidade https produto mercadolivre com br MLB3323049745100 resistores variados 110r 270r 470r 1kohms14wJM matttool 18956390utmsourcegoogleshopping utmmediumorganic 10 2 MΩ 1 unidade https produto mercadolivre com br MLB3323049745100 resistores variados 110r 270r 470r 1kohms14wJM matttool 18956390utmsourcegoogleshopping utmmediumorganic Capacitores 1 µF 2 unidades https www ryndackcomponentes com br capacitor e l e t r o l i t i c o 1f 1uf 50v105c5x11mmketuo html Fonte de Alimentação Dual VFPVFN 1 conjunto https v o l t ind br equipamento fonte chaveadapoegigabit 2 Gerador de Sinais VG1 1 unidade https produto mercadolivre com br MLB4652294624gerador de funcoes sinais 24mhzduplo canal fy3200s JM matttool 18956390utmsourcegoogleshoppingutmmediumorganic 11