Lab2. Germano Maioli Penello IF-UFRJ aula 8.

Transcrição

1 Lab2 aula 8 Germano Maioli Penello IF-UFRJ

2 1Spinner calibrado com controle de velocidade com potenciostato (PWM, snubber) 2Controlador de temperatura com peltier 3Painel solar que segue o sol (combinação de LDRs, algoritmo para determir gradiente de intensidade em dtheta.dphi) 4Amperímetro Projetos (determinar a faixa de corrente) 5Automação da aquisição de dados do experimento de efeito Hall de Lab 3. 6Gerador de função (quadrada e senoidal) Sallen-Key + Switched capacitor. 7Monitoramento de rede elétrica (qualidade e queda de luz) 8posicionador de lente controlado por controle (automaticamente procura o ponto focal) 9Medida de comprimento de tubo por FFT 10Adaptação de experiências de física para alunos com deficiências Monocromador com rede de diffração (rede de difração motorizada e fenda) e detector (sensor e circuito amplificador) 11 controlado por arduino. 12Ohmímetro (determinar a faixa de resistência; fonte de corrente constante) 13Medição ótica da velocidade de Chopper (ventilador; CI contador e D-FF [shift register], sistema luminoso); 14Identificação de experimento de Fis. Exps. para automatizar 15Sistema de controle de uso de equipamento (registro de usuário / liberação de utilização / log de uso) 16Switched capacitor amplifier (ganho controlado pela saída do arduino) 17Switched capacitor filter (frequencia de corte determinada pela saída do arduino) 18Maquina CNC para fabricação de circuito impresso 19Espectroscópio com webcam (calibrado) 20Microscópio com webcam (eixos controlados por motores / perfilômetro baseado em foco do microscopio?) 21micromanipulador controlado por motores 22Perfilômetro 23Interferômetro de michelson 24Construir um medidor de vacuo 25Medidor de componentes eletrônicos 26Modelos em grande escala do funcionamento de equipamentos 27Levitação acústica com sonar ou imã 28Medidor de sala limpa (temp., umidade, contador de partículas) 29Controlador de temperatura com heater Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente Iniciado por grupo anteriormente 2

3 Infinidade de circuitos 3

4 Pergunta Os coeficientes de Fourier de uma onda quadrada tem como resultado os múltiplos impares de frequência da frequência fundamental (F 0 ), como mostra a imagem. Qual deve ser a frequência de corte de um circuito para transformar uma onda quadrada em uma senoidal de frequência igual à fundamental? (A) F c = 0,5 F 0 (B) F c = F 0 (C) F c = 2 F 0 (D) F c = 4 F 0 (E) É impossível obter uma senóide a partir de uma onda quadrada 4

5 Análise de circuito 5

6 Análise de circuito Se w infinito: Vs/Ve = 0 Se w 0 : Vs/Ve = -R 2 /R 1 Wc = (R 2 C) -1 : Vs/Ve = -(R 2 /R 1 )(1/2 1/2 ) Queda de 2-1/2 (3 db) no ganho. Calcule! 6

7 Resposta em frequência Analise W e verifique que o decaimento segue a reta de -20dB/década. Passa baixa Passa alta 7

8 Largura de banda Se medirmos a função de transferência em função de w, obtemos o gráfico abaixo: Resposta em amplitude do amplificador Largura de banda é definida como a faixa de frequência em que a resposta em amplitude é constante dentro de 3 db (~0.707). 8

9 Classificação de amplificadores Baseado apenas na largura de banda Acoplado capacitivamente (amplificador AC) Diretamente acoplado (amplificador DC) Passa-banda (filtro passa-banda) 9

10 Amplificador - linearidade A = 1 (inclinação da reta) Distorções não lineares v 0 (t) = A v i (t) + B v i (t) 2 + C v i (t)

11 Atividade Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em uma onda senoidal com também 5V de amplitude e com 1KHz. 1º harmônico = 2*10/p 11

12 Simulação Onda quadrada de 100Hz Ganho = 1 R = 1kW C = 1mF t=1ms FFT 12

13 Simulação Onda quadrada de 100Hz Ganho = 1 R = 1kW C = 1mF t=1ms FFT 13

14 Simulação Onda quadrada de 100Hz Ganho = 1 R = 1kW C = 1mF t=1ms FFT 14

15 Simulação Onda quadrada de 100Hz Ganho = 1 R = 1kW C = 1mF t=1ms Transiente da simulação 15

16 Simulação Onda quadrada de 100Hz Ganho = 1 R = 1kW C = 1mF t=1ms FFT Transiente da simulação 16

17 Opamp somador 17

18 Opamp somador I F = I 1 + I 2 + I 3 I 1 = V 1 R 1 I 2 = V 2 R 2 I 3 = V 3 R 3 0 R F I F = V out V out = R F ( V 1 R 1 + V 2 R 2 + V 3 R 3 ) Se R 1 = R 2 = R 3 = R in V out = R F R in (V 1 + V 2 + V 3 ) 18

19 Opamp derivador 19

20 Opamp derivador I F = I in 0 R F I F = V out V in V C = 0 V in = V C = Q C I in = dq C dt = d(v inc) dt = C dv in dt V out R F = C dv in dt V out = R F C dv in dt 20

21 Opamp derivador 21

22 Opamp integrador 22

23 Opamp integrador I F = I in 0 V C = V out V in i in R in = 0 V in = R in i in I f = dq C dt = d(v outc) dt = C dv out dt V in = C dv out R in dt V out = 1 R in C F V in dt 23

24 Opamp ganho logaritmo og_and_anti_log_amplifiers.htm 24

25 Opamp ganho logaritmo I F = I in ev D I D = I F = I s (ek B T 1) V in i in R in = 0 V in = R in i in 0 V D = V 0 V in = R in I s (e ev 0 k B T 1) Desprezando o termo -1 V 0 = k BT e ln( V in ) R in I s og_and_anti_log_amplifiers.htm 25

26 Comparador Schimtt 26

27 Comparador Schimtt Imagine que V out está saturado em +V cc : 1. O divisor de tensão feito com R 1 e R 2 aplica uma tensão V REF no terminal não-inversor; 2. Quando a tensão V in é ligeiramente maior do que a tensão do divisor de tensão entre R 1 e R 2, o circuito satura em V EE. 3. O divisor de tensão feito com R 1 e R 2 aplica uma tensão V REF no terminal não-inversor (agora negativa); 4. Quando a tensão V in é ligeiramente menor do que a tensão do divisor de tensão entre R 1 e R 2, o circuito satura em +V CC. 5. Volte ao passo

28 Gerador de onda quadrada (multivibrador) 28

29 Gerador de onda quadrada (multivibrador) Imagine que V out saturou em +V cc e que o capacitor está descarregado: 1. Capacitor tenta carregar até atingir +Vcc através do resistor de 50kW. 2. Quando a tensão do capacitor é ligeiramente maior do que a tensão do divisor de tensão entre R 1 e R 2, o circuito satura em V EE. 3. Agora, o capacitor começa a descarregar para atingir V EE através do resistor de 50KW. 4. Quando a tensão do capacitor é ligeiramente menor do que a tensão do divisor de tensão entre R 1 e R 2, o circuito satura em +V CC. 5. Volte ao passo

30 Experiência Refazer a experiência da aula passada (quem não conseguiu medir o sinal) Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em uma onda senoidal. Escolher um dos circuitos das páginas 93, 94 e 95 para montar no protoboard e medir (integrador, derivador, amplificador logaritmo, gerador de onda quadrada). 30