Instrumentação I. 9º Semestre. da Licenciatura em Engenharia Física e da Licenciatura em Engenharia Biomédica

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1 Instrumentação I 9º Semestre da Licenciatura em Engenharia Física e da Licenciatura em Engenharia Biomédica

2 Objectivos Consideramse como sendo os objectivos principais desta disciplina os seguintes: Consolidar os conhecimentos de electrónica já aquiridos numa perpectiva de projecto, teste e aperfeiçoamento de instrumentos electrónicos em geral. Estender os conhecimentos dos alunos a soluções de problemas menos típicos como a produção de alta tensão e a aquisição de pequeno sinal, que são frequentes no contexto das aplicações da Física em laboratórios ou em aplicações biomédicas. Em resultado, não se desenvolverá demasiado aspectos teóricos relacionados com a análise de circuitos e com teoria de sistemas, visto que esses tópicos consideramse dados em disciplinas anteriores. A ênfase será em aspectos práticos directamente realcionados com o projecto de equipamento electrónico. Concordo com o autor do livro de referência recomendado, que a electrónica moderna é basicamente uma simples arte, uma combinação de algumas leis básicas, regras semiempíricas e um grande saco de truques. Este tipo de conhecimento em electrónica apenas pode ser transmitido aos alunos através da experimentação contínua, deixando que eles projetem, construam e testem circuitos electrónicos. Por este motivo, esta disciplina será primariamente uma disciplina de mãos na massa (handson) onde os alunos irão experimentar os desafios, a frustação e a posterior satisfação de produzirem um circuito electrónico que funciona! Estrutura A disciplina está organizada em sessões por semana de horas cada. Todas as sessões serão teóricopráticas e terão lugar no laboratório de Instrumentação. A turma deverá ter no máximo alunos organizados em 6 grupos de. Cada um destes grupos trabalhará em torno de cada um dos 6 postos de trabalho do laboratório. Alguns aspectos teóricos serão desenvolvidos para toda a turma seguindose o acompanhamento de cada grupo durante a montagem e teste dos circuitos propostos. Depois de montados os circuitos serão avaliados e discutidos. Todos os trabalhos realizados darão origem a um relatório escrito do grupo. Programa. Fontes de alimentação Reguladores em paralelo Dimensionamento dos componentes comuns Regulador com díodo Zener Regulador com transistor em paralelo. Fontes de alimentação Reguladores série Regulador série simples Protecção contra curtocircuito A série 78XX Reguladores ajustáveis LM7 Regulação em corrente constante. Fontes de alimentação de alta tensão

3 Elevadores de tensão Multiplicadores de tensão Multiplicador de tensão com regulação 4. Fontes de alimentação com préregulador Regulação em tensão Regulação em corrente O préregulador Dispositivos de protecção 5. Realimentação, Comparadores e Osciladores Comparador com histerese Multivibrador astável Limitações dos Amplificadores Operacionais Slew rate Largura de banda 6. Filtros activos Filtros de variáveis de estado Aplicação a um oscilador de onda quadrada 7. Amplificadores de com mais corrente e mais tensão Mais corrente A montagem pushpull Amplificador de alta tensão 8. Amplificadores de instrumentação Características particulares Medição de temperatura com termopar Conteúdo (por sessão) Sessão Apresentação, objectivos, materiais de apoio e método de avaliação de conhecimentos. Sessão O equipamento do laboratório de Instrumentação Osciposcópio digital, mesa de ensaios, geradores de sinal e fontes de alimentação. Identificação dos componentes electrónicos. Sessão Sessão 4 Sessão 5 Soldaduras de componentes electrónicos. Generalidades sobre fontes alimentação. Regulação em linha, regulação em carga e rejeição de ondulação (ripple). Montagem uma fonte não regulada. Reguladores paralelo. As suas vantagens e desvantagens. Os vários tipos de regulador. Realização do Trabalho. Reguladores série. As vantagens e as desvantagens deste tipo de reguladores. As protecções contra curtocircuito. Os reguladores monolíticos fixos e ajustáveis. Sessão 6 Fontes de corrente constante. Realização do trabalho. Sessão 7 Fontes alimentação de altatensão. O chuto dos condensadores para aumentar ou inverter a tensão Os multiplicadores de tensão e as suas vantagens

4 Sessão 8 Sessão 9 O rendimento nas fontes de alimentação. As fontes comutadas. Regulação por largura de impulso vantagens e desvantagens. Realização do trabalho. Os conversores DCDC. Fontes reguladas em tensão e em corrente. Discussão do projecto de uma fonte. Sessão 0 A associação de fontes comutadas com reguladores em série. Os préreguladores. Sessão Os tiristores e as suas vantagens como rectificadores controlados. O disparo dos tiristores. Sessão Realização do trabalho 4, regulação em tensão. Sessão Continuação da realização do trabalho 4, regulação em corrente. Sessão 4 Continuação da realização do trabalho 4, montagem do préregulador. Sessão 5 Comparadores com e sem histerese. A suas características principais. Realimentação positiva e negativa. Oscilações e osciladores. Sessão 6 O amplificador operacional não ideal as suas limitações. Montagem do trabalho 5. Sessão 7 Continuação da montagem do trabalho 5. Determinação de algumas características dos amplificadores. Sessão 8 Filtros activos, os vários tipos e as suas aplicações. O factor de qualidade. Sessão 9 Aplicação de um filtro activo a um gerador de onda quadrada. Sessão 0 Realização do trabalho 6 Sessão Aumento da corrente num amplificador operacional. O uso de transistores na saída. A montagem pushpull. Sessão Amplificadores de alta tensão e as suas aplicações. Projecto de um amplificador de alta tensão. Os limites de frequência. Sessão Realização do trabalho 7 Sessão 4 O desafio de amplificar sinais pequenos. Os amplificadores diferencias e instrumentação. As suas características. Sessão 5 Comparação de um amplificador operacional mau com outros melhores. A sua aplicação a um termopar. Sessão 6 Realização do trabalho 8 Sessão 7 Teste de avaliação de conhecimentos. Sessão 8 Revisões e feedback dos alunos sobre a disciplina. de Avaliação Haverá um teste final para avaliação individual de conhecimentos. Todos os trabalhos práticos darão origem a um breve relatório escrito. Estes relatórios serão realizados em grupo. Será dada atenção especial às medidas efectuadas e à sua discussão bem como à compreensão demonstrada do trabalho realizado. Ponderação: 0% avaliação subjectiva do desempenho individual dos alunos durante as sessões tendo em conta a frequência da sua presença. 40% avaliação dos relatórios. Os relatórios poderão ser discutidos com os respectivos grupos no caso de se suspeitar de grande assimetria nos conhecimentos entre os elementos dos grupos. 40% teste final. (Este teste pode ser substituído, se o aluno preferir, pelos exames de época normal

5 Os alunos têm de obter uma classificação superior a 0 valores (9,5) em qualquer das fracções. A nota de frequência é calculada com base nas duas primeiras fracções e, sendo positiva, permitirá o acesso directo ao exame. Uma classificação inferior a 0 valores (9,5) excluirá os alunos de aproveitamento. A nota da frequência (se superior ou igual a 0) poderá ser usada pelo alunos apenas no ano seguinte. Bibliografia The Art of Electronics, ª edição, Paul Horowitz e Winfield Hill, Cambridge Press, 989. Princípios de Electrónica, A.P. Malvino, 6ª edição, McGraw Hill 999 Princípios de Electrónica, A.P. Malvino, 6ª edição, McGraw Hill 000 Textos dos trabalhos práticos, disponíveis em National Semiconductor Application Notes and Datasheets Information disponível em Também as seguintes notas de aplicação: o o o o o o o AN0: An Applications Guide for OpAmps. AN: Op Amp Circuit Collection AN A: The Monolitic Operational Amplifier A Tutorial Study AN4: Monolitic Op Amp The Universal Component AN779: A Basic Introduction to Filters Active, Passive and SwitchedCapacitor LB: Low Drift Amplifiers AN0: Signal Conditioning for Sophisticated Transducers

6 Trabalhos de Instrumentação I. Fontes de alimentação Reguladores em paralelo Fontes de alimentação Reguladores série Fontes de alimentação de alta tensão Fontes de alimentação com préregulador Realimentação, Comparadores e Osciladores Filtros activos Mais corrente e mais tensão nos Amplificadores Amplificadores de Instrumentação... 7

7 . Fontes de alimentação Reguladores em paralelo Objectivo Aprender a dimensionar os elementos básicos de uma fonte de alimentação como o transformador, fusível, ponte rectificadora, sinalizador e filtro. Conhecer as vantagens e as desvantagens das fontes com regulação em paralelo. Recomendase estudar as páginas 4447 e 540 do livro The Art of Electronics e de Princípios de Electrónica.. Dimensionamento dos componentes comuns Monte o seguinte circuito: F SW 0V/V0,5A Ponte. Dimensione F de modo a que a proteger o transformador (V 0,5A).. Explique porque se usa o díodo D em série com o LED. Que características deve ter?. Dimensione R de modo a que passe uma corrente média de 0 ma pelo LED. 4. Que características deve ter a ponte rectificadora? 5. Coloque uma resistência de carga na saída de modo a que a fonte forneça aproximadamente 00 ma. 6. Antes de montar C observe no osciloscópio a tensão de saída. 7. Dimensione C de modo a que a tensão não seja inferior a 8V quando a fonte está a fornecer a corrente máxima (0,5 A). 8. Monte C e observe de novo a tensão de saída (mantendo a mesma resistência de carga).

8 . Regulador com díodo Zener F SW 0V/V0,5A Ponte R. Introduza os componentes indicados. Use para D um Zener de 7,5V e /W.. Calcule R de modo a que o Zener não exceda a sua capacidade de dissipação (potência) e de modo a que a fonte seja capaz de fornecer até 50 ma.. Meça a regulação de carga para 50, 0, 0 e ma. 4. Meça também a rejeição de ripple.. Regulador com transistor em paralelo F SW 0V/V0,5A Ponte R Q. Faça a alteração representada. Use para Q um transistor BC09C ou equivalente.. Meça a tensão de saída. Explique porque é diferente do valor anterior.. Meça de novo a regulação de carga e a rejeição de ripple para as mesmas resistências de carga. 4. Se fizer um curtocircuito a esta fonte o que acontecerá? 5. Como se compara a energia que é dissipada no transitor com a energia que é fornecida à carga.

9 . Fontes de alimentação Reguladores série Objectivo Conhecer o princípio de funcionamento de reguladores em série. Aprender a dimensionar protecções contra curtocircuito. Saber dimensionar fontes de alimentação com reguladores em série. Recomendase estudar as páginas 4 a 55 do livro The Art of Electronics e 97 a 94 de Princípios de Electrónica.. Regulador em série simples 0V/V0,5A Ponte. Monte o circuito indicado. Mantenha os componentes que calculou no trabalho para esta montagem. Use para D um zener de 4,7V e para Q um transistor de A e V CEO > 0V (por ex. BD9). Dimensione R.. Calcule a tensão de saída.. Meça a regulação de carga até 0,5 A de corrente de saída. 4. Discuta as vantagens e as desvantagens deste regulador em relação a um regulador paralelo

10 . Protecção contra curtocircuito 0V/V0,5A Ponte Rs. Use para Q o BC09 ou equivalente. Calcule Rs de modo a que a corrente máxima esteja limitada a 0,5A.. Explique o funcionamento da protecção contra curtocircuito.. Faça um curtocircuito com um amperímetro e meça a corrente. Verifique se Q aquece. Se necessário utilize um dissipador.. A série 78XX 0V/V0,5A Ponte Altere a montagem usando um regulador monolítico Meça a regulação de carga até A e a rejeição de ripple.. Use um gerador de funções para substituir a saída do transformador e meça a regulação de linha para uma corrente de carga constante de 50 ma. 4. Discuta a importância de C nos valores medidos.

11 .4 Reguladores ajustáveis 0V/V0,5A Ponte LM7 R A tensão de saída do LM7 é dada por U out = R R R 5, R Calcule R e R de modo a obter uma tensão de saída de entre,5v e 8V aproximadamente.. Meça a regulação de carga para uma tensão de 5V. 6.5 Reguladores ajustáveis em modo de corrente constante. 0V/V0,5A Ponte LM7 Rs. Calcule R s de modo a que o regulador forneça uma corrente de 0,A aproximadamente.. Verifique o funcionamento da fonte em modo de corrente constante. Altere as resistências de carga de 0Ω até 80Ω.. Meça a regulação de carga neste modo.

12 . Fontes de alimentação de alta tensão Objectivo Conhecer o princípio de funcionamento das fontes de alta e de muito alta tensão. Compreender o funcionamento dos conversores DCDC. Recomendase estudar as páginas 559 do livro The Art of Electronics e 9445 de Princípios de Electrónica bem como os dados técnicos do integrado MAX77.. Elevadores de tensão 5V 500µH MAX Q MUR5 00V, 0mA. Monte o circuito da figura. Use para Q o BUK455/00 ou equivalente. Considere R=0 kω e R dado por R = R Vout 5, 5. Meça a amplitude e a frequência do ripple com uma carga que solicite 0mA à fonte (use uma ponta para o osciloscópio de 0x). 6. Meça a regulação de carga até 0mA. 7. Substitua R por uma potenciómetro de valor equivalente e verifique o efeito de variar a sua resistência. 8. Explique o funcionamento deste tipo de fontes elevadoras de tensão.

13 . Multiplicadores de tensão tensão alternada C C C C4 C5 C6 Vout. Monte o multiplicador de tensão conforme indicado na montagem. Use díodos N448 e condensadores de µf cerâmicos.. Ligue o circuito a um gerador de funções com uma saída quadrada ou sinusoidal, uma frequência de 0 khz e com a amplitude máxima.. Use um multímetro para medir a tensão de saída do circuito. Compare o valor máximo da tensão de entrada com o valor da tensão de saída. 4. Ligue uma resitência de carga que solicite ma de corrente ao circuito. Observe no osciloscópio a tensão de saída e verifique o efeito da frequência na amplitude média da tensão de saída. 5. Meça a amplitude do ripple e a sua frequência e compare esses valores com a tensão de entrada.. Multiplicador de tensão com regulação 5V 500µH Q MUR5 C C C MAX C4 C5 C6 Vout R4 R. Associe os dois circuitos conforme indicado.. Verifique qual a tensão de saída máxima e mínima.. Meça a regulação de carga com uma saída de ma. 4. Discuta as vantagens e as desvantagens de se usar um multiplicador de tensão.

14 4. Fontes de alimentação com préregulador Objectivo Aprender a projectar fontes reguladas em corrente e em tensão. Compreender o funcionamento dos préreguladores. Demonstrar o ganho de rendimento introduzido pelo préregulador. Recomendase estudar as páginas 5 do livro The Art of Electronics e de Princípios de Electrónica. 4. Montagem do circuito de regulação em tensão 0V/0V, 0.5A 50V/A 5V C nf 5V R 5,6K R4 47Ω 470Ω R6 K LM58AN K 5V Q V V out Voltímetro V out. Use para Q o BUK445/00 ou equivalente.. Verifique qual a tensão máxima em que a fonte é capaz de fornecer sem carga.. Monte uma carga que solicite 00mA a 0V e meça a regulação de carga e a rejeição de ripple.

15 4. Desligue o condensador C ou a resistência R9 e meça de novo a rejeição de ripple. Discuta o efeito desta malha de realimentação. 5. Que componentes necessitaria de alterar se necessitasse de 00V na saída? 4. Regulação em corrente 0V/0V, 0.5A 50V/A 5V C nf 5V R 5,6K R4 47Ω R6 470Ω LM58AN K K R Q Amperímetro R A Ω Vout 470Ω R 470Ω 6 5 C4 nf LM58AN 7 5V V Vout. Monte o segundo amplificador operacional conforme está representado. Os LEDs passam a indicar se a fonte está limitada em tensão ou em corrente. Calcule a resistência de shunt para o amperímetro de modo a que ele meça 00mA no máximo da escala.. Ligue uma carga de 00Ω. Ajuste o potenciómetro que controla a tensão para o máximo e use apenas o potenciómetro que regula (ou limita) a corrente para 50mA. Sem desligar a carga de 00Ω coloque outra igual em paralelo. O que aconteceu à corrente? 4. Faça um curto circuito na saída da fonte. Qual o valor da corrente? 5. Com várias cargas meça a regulação em carga (neste modo de corrente constante) e a rejeição de ripple. 6. Qual a tensão máxima a que a fonte consegue fornecer 00 ma regulados (com pouco ripple)? Que componentes teria que alterar se quisesse aumentar essa tensão? 7. Que componentes teria de alterar se necessitasse que a fonte fornecesse A?

16 4. Uma carga inteligente 0V/0V, 0.5A 50V/A 5V C nf 5V R 5,6K R4 47Ω R6 470Ω LM58AN K K R Q Amperímetro R A Ω 5V V out 470Ω R 470Ω 6 5 C4 nf LM58AN 7 D 7V5 Q V V out. Monte R4, Q, D e de novo R8.. A resistência R8 nas montagens anteriores solicitava a passagem de corrente eléctrica desde a donte de 5V (flutuante) até à saída negativa da fonte. O objectivo é polarizar devidamente os componentes alimentados a 05V em relação à tensão negativa da fonte. Esta resistência é particularmente importante quando a tensão de saída é bastante elevada o que obriga a que R5 também seja elevado. Nessa situação, a potência dissipada na resistência podese tornar demasiado elevada. A alteração introduzida neste circuito permite que essa corrente de polarização seja constante (aproximadamente), para qualquer tensão de saída.. Calcule a corrente que este circuito solicita de 5V até Vout. 4. Verifique que essa corrente é independente da tensão de saída.

17 4.4 O préregulador R6 0K R5 e b R9 K R0 68K K b Q5 N646 Q C5 BC558 0nF 8Ω R8 Q5 Vout 4V7 BT5 Q4 BT5 Vout. Mantenha a montagem anterior alterando apenas a parte do transformador e rectificador. Monte os demais componentes conforme o esquema.. Os tiristores Q e Q4 fazem parte da ponte rectificadora e só conduzem quando o transistor de unijunção Q5 dispara e descarrega C5. A tensão de carga de C5 é superior à tensão na source de Q devido aos rectificadores N4007 que fornecem a tensão de pico da saída do transformador.. Os tiristores são impedidos de disparar quando D4 está à condução que por sua vez faz com que Q5 conduza e descarregue C5. 4. Verifique se os tiristores estão a disparar e qual a frequência do disparo (observe a tensão em Vout no osciloscópio) com uma carga de 00Ω. 5. Verifique o que acontece quando o zener D4 está ligado a Vout (ou desligado) e quando está ligado a Vout. Explique o que acontece. 6. Verifique um efeito semelhante quando liga directamente um fio aos extremos de C5 (mantendo D4 desligado). 7. Ligue um potenciómetro de 00K entre Vout e Vout. Ligue o terminal variável a D4. Registe o que acontece quando varia a tensão aplicada a D4 (mantenha a resistência de 00Ω ligada). 8. Tente medir a velocidade com que o tiristor entra à condução. 9. Se a fonte pudesse fornecer 0A, qual seria a dissipação de potência nos tiristores? 0. Com a ponta de prova atenuadora de 00x observe a tensão no primário do transformador. Consegue saber quando os tiristores estão a começar a conduzir?

18 4.5 Montagem completa (opcional) R6 0K R5 e b R9 K R0 68K K b Q5 N646 BC558 F Q C5 nf 8Ω Q5 4V7 BT5 R8,K 0nF Q4 0V/0V, 0.5A BT5 C Q 5V nf 5V K R 5,6K R4 47Ω R6 470Ω D8, D9 N448 LM58AN K R Amperímetro R A Ω 5V V out 470Ω C4 Q R 470Ω 6 5 D0, D N448 nf LM58AN 7 D 7V5 F V V out. Montagem de dispositivos para protecção e para aumento da estabilidade: Fusíveis F e F O diodo D5 impede que Q fique acidentalmente polarizado inversamente (quando se liga a fonte a uma carga já com tensão, por ex. um condensador carregado) O diodo D6 impede que toda a fonte fique sujeita a uma tensão negativa (por exemplo quando se liga fonte a um condensador carregado com tensão negativa) O diodo D7 impede que picos de tensão superiores à tensão de alimentação atinjam as entradas dos amplificadores operacionais. Os diodos D8 a D limitam as diferenças de tensão nas mesmas entradas. Os condensadores C6 e C7 juntamente com R6 e R limitam a velocidade de variação das tensões de entrada, aumentando a estabilidade do circuito.

19 O condensador C8 acumula alguma carga pronta a ser fornecida à carga quando as solicitações de corrente forem muito rápidas, melhorando a resposta em frequência da fonte. A resitência de,k e o condensador de 0nF no secundário do transformador filtram os picos de tensão que possam ser produzidos pelos tiristores para a rede eléctrica.

20 5. Realimentação, Comparadores e Osciladores Objectivo Relembrar o efeito da realimentação positiva e negativa. Saber projectar comparadores. Saber montar osciladores simples. Constatar algumas da limitações dos amplificadores operacionais. Recomendase estudar as páginas 7595, 9 e 845 do livro The Art of Electronics e 6764 e 6798 e 85 de Princípios de Electrónica. 5. Comparador com histerese 5V R R LM58AN 5V R 5V. Monte o circuito da figura. Calcule R e R de modo a ter % de realimentação positiva.. Ajuste R para fornecer 0V. Seleccione o gerador de funções para fornecer uma tensão sinusoidal com aproximadamente khz, 5V.. Observe a saída do amplificador e comparea com a da entrada. 4. Varie a tensão fornecida por R e verifique o efeito na saída. 5. Retire a resistência de realimentação positiva R. Selecione uma frequência de entrada baixa e observe a saída. Introduza de novo R e verifique a diferença.

21 5. Multivibrador astável R4 5V 5V R LM58AN 5V 5V R. Monte o circuito conforme indicado. Calcule as resistências de modo a obter uma frequência de 0 khz sabendo que o período da oscilação é dado por: R T = R Cln R 4 R R. Ajuste R para fornecer uma tensão de aproximadamente zero e observe as oscilações no osciloscópio.. Ajuste R e verifique o que acontece na saída. 5. Limitações dos Amplificadores Operacionais 5.. Taxa de salto (Slew rate). Altere R4 de modo a produzir uma frequência da ordem dos MHz.. Meça o slew rate do amplificador.. Se continuar a aumentar a frequência o que acontece à onda quadrada? 4. Substitua o integrado pelo LM90 e verifique a diferença. 5.. Largura de banda. Monte um amplificador (com o LM58) numa montagem inversora com ganho unitário.. Introduza uma tensão sinusoidal na entrada e verifique se a amplitude à saída é igual à da entrada.. Aumente a frequência e determine a que frequência o sinal de saída tem uma amplitude de 70% do valor inicial (db). 4. Repita o procedimento para um ganho de tensão de 0, 00 e 000 e construa uma gráfico que revele a largura de banda disponível para cada um dos ganhos.

22 6. Filtros activos Objectivo Ilustrar o funcionamento dos filtros activos. Aprender a projectar um tipo de filtros activos. Demonstrar uma aplicação de filtros activos passa banda. Recomendase estudar as páginas 78 do livro The Art of Electronics e 7969 de Princípios de Electrónica. 6. Filtro de variáveis de estado (KHN) R R 5V C C 5V R R R 6 7 LF5N 5 LF5N saída passabaixo LF5N saída passaalto 5V R 5V saída passabanda. Calcule os valores de R, R, R e C sabendo que: R Ganho = R Q = Ganho f 0 = πrc para uma frequência de 0kHz e um ganho de.. Introduza um sinal à entrada e verifique o funcionamento do filtro.. Meça valores de modo a obter um gráfico que descreva o comportamento de cada uma das saídas do filtro em função da frequência. 4. Meça o factor de qualidade a partir do gráfico e compare com o ganho.

23 6. Aplicação a um oscilador de onda quadrada R R R6 R 5V C C 5V R5 6 5 LF5N R4 7 R LF5N R saída passaalto 6 5 LF5N 7 R LF5N saída passabaixo 5V R 5V saída passabanda. Monte o oscilador que usou no t rabalho anterior. Calcule os valores dos componentes para ter uma frequência central igual à do filtro (0kHz). Use o potenciómetro R6 para ajustar um pouco a frequência.. Verifique se a saída do filtro não está saturada. Nesse caso, diminua a amplitude do sinal do oscilador no potenciómetro de KΩ.. Observe as várias saídas do filtro e registe o que observa. Explique as diferenças. 4. Altere o factor de qualidade do filtro e observe o efeito na saída passabanda. (É necessário ajustar a amplitude do sinal de entrada).

24 7. Mais corrente e mais tensão nos Amplificadores Objectivo Aprender a usar amplificadores operacionais quando é necessário mais corrente à saída ou uma tensão de saída mais elevada do que a sua tensão de alimentação. Recomendase estudar as páginas 70 de Princípios de Electrónica. 7. Mais corrente 5V 5V R LM58 Q R Vout C 5V 5V R. Monte o circuito representado. Use um transistor BC550 ou equivalente. Calcule R e R de modo a obter um ganho de 0. Optimize R em função de R e R.. Ligue o gerador de funções e ajuste para uma frequência de 0kHz e uma amplitude de 00 mv. Observe a tensão à saída.. Aumente a tensão do gerador. Qual a amplitude máxima à saída? Este valor é determinado por qual factor? 4. Qual a corrente máxima que é possível fornecer a uma carga exterior? E qual a corrente máxima que é possível puxar de uma carga?

25 7. A montagem pushpull 5V 5V R LM58 Q R Vout C 5V Q 5V R. Use agora um par NPNPNP de transistores na saída conforme representado (por exemplo o BC550 e o BC560).. Ligue uma carga de 00Ω e verifique qual a diferença em relação à montagem anterior.. Observe a distorção do sinal daída ao passar por zero. Explique o motivo dessa distorção (é designada por distorção de crossover). 4. Qual é a corrente máxima que o circuito pode puxar agora? Percebe porque se chama pushpull (empurra e puxa)? 5V 5V R LM58 Q R Vout C 5V Q 5V R 5. Ligue agora a realimentação conforme indicado. Observe de novo a tensão de saída. Existem diferenças? 6. Aumente a frequência e verifique se existe alguma frequência acima da qual a distorção passa a ser de novo observada.

26 7. Amplificador de alta tensão 5V 5V R R LM58 Q Q Vout C 5V 5V R. Monte agora o circuito conforme está indicado. Repare que a alimentação do amplificador operacional é de 0 e 5V. Para centrar a tensão de entrada entre as alimentações usouse o divisor ligado a R. Os os mesmo transistores BC550 e BC560.. Use uma frequência de 00 Hz e uma amplitude de 00 mv. Aumente a tensão de entrada e observe a tensão de saída. Qual o valor máximo que consegue atingir? O que limita esse valor máximo? Se pretendesse usar uma tensão saída até 00V, que componentes precisaria de alterar?. Aumente a frequência e verifique a que frequência o circuito altera a sua resposta.

27 8. Amplificadores de Instrumentação Objectivo Aprender a projectar amplificadores de baixo sinal. Demonstrar a aplicação destes amplificadores a um termopar. Recomendase os dados dos estudar as páginas 5 do livro The Art of Electronics e 77 de Princípios de Electrónica. 8. Amplificador de instrumentação (mau) R R6 Ter mopar R R 74 6 A Amperímetro. Monte o amplificador diferencial conforme indicado, com um ganho de Calcule o valor de R5 de modo a poder transformar o amperímetro da mesa de teste para uma escala máxima de V.. Ajuste o potenciómetro R6 de modo a que a saída seja nula. 4. Aqueça o termopar entre os dedos e verifique se o medidor tem a polaridade correcta. 5. Espere uns minutos e verifique se o amperímetro tem uma medida estável. Se necessário aqueça um pouco o integrado. (Se necessário use um multímetro para medir a saída com mais precisão). Que conclusões pode tirar? 6. Ligue a ponta do termopar a uma tensão da ordem de 0 a 00 mv (pode usar um divisor de tensão). O valor medido é diferente? Devia ser?

28 8. Amplificador de instrumentação (melhor) R 5V Termopar R R OP07 6 5V A Amperímetro. Substitua o integrado 74 pelo OP07 e corrija as pequenas alterações nas ligações dos pinos.. Repita o procedimento anterior (aqueça o termopar de depois o integrado) e verifique as diferenças com o uso deste integrado. A que característica do amplificador se deve esta diferença?. Ligue de novo a ponta do termopar a uma tensão. É o comportamento deste amplificador diferente do amplificador anterior? A que característica do amplificador se deve esta diferença? 8. Bom amplificador de Instrumentação OP07 6 R R Termopar OP07 6 OP07 6 R R A Amperímetro. Monte o circuito da figura. Repita os testes anteriores e verifique a diferença. Use R=0K, R=00K e R=K. Discuta as diferenças observadas em relação às montagens anteriores.