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Fundamentos para Eletrônica e Sistemas de Medidas
Prof.: Geraldo Cernicchiaro
O curso pretende apresentar fundamentos físicos para se entender a eletrônica, e as bases de tecnologia moderna, a partir de elementos funcionais como amplificação, modulação, transmissão, demodulaçãoe processamento de sinais elétricos, sem focar tecnicismos, nem sua implementação.
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•• Eletricidade bEletricidade báásica. sica.
•• CodificaCodificaçção, transmissão, processamento e decodificaão, transmissão, processamento e decodificaçção de ão de informainformaçção e sinais elão e sinais eléétricos. tricos.
•• Transdutores e sensores. Transdutores e sensores.
•• O mundo analO mundo analóógico e as vgico e as váálvulas. lvulas.
•• AmplificaAmplificaçção, retificaão, retificaçção, modulaão, modulaçção e ão e demodulademodulaççãoão. .
•• O mundo digital e noO mundo digital e noçções de ões de áálgebra de lgebra de BooleBoole. .
•• Medidas elMedidas eléétricas e rutricas e ruíído. do.
•• Dispositivos de medida: Dispositivos de medida: ADCsADCs, , DACsDACs, oscilosc, osciloscóópios, etc. pios, etc.
•• TTéécnicas experimentais: cnicas experimentais: magnetometriamagnetometria, resistividade, etc. , resistividade, etc.
•• AquisiAquisiçção de dados e interfaces.ão de dados e interfaces.
EMENTAEMENTA
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SumSumááriorio
•• Aula 4Aula 4
–– Amplificadores OperacionaisAmplificadores Operacionais
–– OperaOperaçções analões analóógicasgicas
–– Amplificador Amplificador LockLock inin
–– Controle PIDControle PID
–– DigitalDigital
–– ÁÁlgebra de lgebra de BooleBoole
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Amplificadores OperacionaisAmplificadores Operacionais
• Alta impedância de entrada (Ri ~10 MΩ)
• Baixa impedância de saída (Rth ~75 Ω) • Alto ganho de Tensão a ( 741 ~ 100000)
• Possibilidade de operar como amplificador diferencial
• Alimentação simétrica
V1 Entrada não inversora
V2 Entrada inversora
Vo Tensão saida
Alimentação simétrica
Vth = a (V1 - V2)
Ro = Rth
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Regras de ouroRegras de ouro
• Alta impedância de entrada
• Quando conectado em uma configuração de realimentação negativa, o OpAmp irá tentar mudar a tensão de Vout de modo a deixar as tensões de entrada iguais.
1. Nenhuma corrente irá fluir nas
entradas.
2. As tensões, ou seja os potenciais em
relação ao terra, nas duas entradas
serão iguais.
(vi − v2) / R1 = (v2 − vo) / R2
R2 (vi − v2) = R1 (v2 − vo).
vo = a (v1 −v2) = −a v2 , pois v1=0.
R2vi + R2vo/a = −R1vo/a − R1vo. vo = R2
R1
vi−
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OperaOperaçções analões analóógicasgicas
Circuito somador
va/Ra + vb/Rb + vc/Rc = −vo/R2
Circuito diferenciador
vo = − R1 Cdvi
dt
vo = - R2 (va/Ra + vb/Rb + vc/Rc)
Circuito Integrador
vo = −vi
RC
dt
0
t
−∫ + c
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ComparadorComparador
• Se abaixo de um determinado valor
saída em nível alto alto
• Converte uma informação analógica
em uma informação digital
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Amplificador Amplificador LockLock inin
V = A cos (ωωωωt) . B cos (ωωωωt + θθθθ)
= AB cos ωωωωt (cos ωωωωt cos θ θ θ θ - sin ωωωωt sin θθθθ)
= AB(cos2 ωωωωt cos θ θ θ θ - cos ωωωωt sin ωωωωt sin θθθθ)
= AB((½ + ½cos 2ωωωωt)cos θ θ θ θ - ½sin 2ωωωωt sin θθθθ)
= ½AB((1+ cos 2ωωωωt)cos θ θ θ θ - sin 2ωωωωt sin θθθθ)
= ½AB(cos θ θ θ θ + cos 2ωωωωt cos θ θ θ θ - sin 2ωωωωt sin θθθθ)
= ½ABcos θ θ θ θ + ½AB(cos 2ωωωωt cos θ θ θ θ - sin 2ωωωωt sin θθθθ)
= ½AB cos θ θ θ θ + ½ABcos(2ωωωωt + θθθθ)
Vin = A cos (ωt)
ω = 2 πf
Vref = B cos (ωt + θ)
Filtro Passa Baixa
MultiplicadorFiltro PassaBanda
• Amplifica o sinal que estiver
com a mesma fase e freqüência
do sinal de referência
• Medida de sinal AC
• Funciona como um Filtro
altamente seletivo
• Detecção síncrona
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Sinal medidoSet
Point
+-
-+
Controle Proporcional Integral DiferencialControle Proporcional Integral Diferencial
Proporcional + Integral + Diferencial = Sinal de correçãoProporcional Integral Diferencial
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CritCritéérios de sintoniarios de sintonia
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Parâmetros de Entrada Cálculo
Fim
Medidado sinal
ConversorDigital/Analógico
Controle PID DigitalControle PID Digital
ConversorAnalógico/Digital
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ÁÁlgebra de lgebra de BooleBoole
“NOT” F = AFA
111001010000FBA
“OR” F = A+BFAB
0110FA
111101110000FBA
“AND” F = A•BFAB
Nome Símbolo NotaçãoTabelaVerdade
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CCóódigo bindigo binááriorio
10000010código
1248163264128valor
•Operações Aritméticas (Adição; Subtracção; Multiplicação; Divisão;)
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A B S
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
A S
0 1
1 0
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
J K Q
0 0 Qa
0 1 0
1 0 1
1 1 Qa
D Q
0 0
1 1
T Q
0 Qa
1 Qa
---S = (A + B)S = (A . B)S = AS = A + BS = A . BNotação
Símbolo
Flip-Flop T
Flip-Flop D
Flip-Flop JK
NÃO OU (NOR)
NÃO E (NAND)
OU exclusivo (XOR)
NÃO (NOT)
OU (OR)
E (AND)Nome
S = A B
Blocos lBlocos lóógicos elementaresgicos elementares
X Y S C
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
Bloco somador
S = X YE a saída de "vai um" é a função E:C = X . Y
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ContadorContador
Divisão de freqüência
Contador assíncrono básico
001112
110111
010110
10019
00018
11107
01106
10105
00104
11003
01002
10001
0000nada
S0S1S2S3E
S0
S1
S2
S3
clock
S0 S1 S2 S3
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CCóódigo ASCIIdigo ASCII
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A (Va) B (Vb) C (Vc) D (Vd) |Vs| (V)
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0,625
0 0 1 0 1,25
0 0 1 1 1,875
0 1 0 0 2,5
0 1 0 1 3,125
0 1 1 0 3,75
0 1 1 1 4,375
1 0 0 0 5
1 0 0 1 5,625
1 0 1 0 6,25
1 0 1 1 6,875
1 1 0 0 7,5
1 1 0 1 8,125
1 1 1 0 8,75
1 1 1 1 9,375
Vs = -Rr [ (Va/R) + (Vb/2R) + (Vc/4R) + (Vd/8R) ]
| Vs | = 0/1 + 0/2 + 0/4 + 5/8 = 0,625 V.
Conversor DigitalConversor Digital--AnalAnalóógico tipo Rgico tipo R--2nR2nR
| Vs | = 0/1 + 0/2 + 5/4 + 0/8 = 1,250.
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Conversor AnalConversor Analóógico Digital gico Digital -- ADCADC
Conversor tipo rampa digitalConversor tipo paralelo
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• Byte; Bit; Palavra
• Código (Binário; BCD; ASCII)
• Hardware; Software;
• Linguagem de Alto Nível; Linguagem Assembly; Linguagem Máquina
• Compilador; Interpretador; Assembler
• CPU - “Central Processing Unit”
• Barramento (Endereço; Dados; Control2)
• ALU - Unidade Aritmética e Lógica
• Vírgula fixa; Vírgula flutuante (Mantissa; Base; Expoente)
• Instrução; Programa
• Ciclo de instrução (Busca; Decodificação; Execução)
• Conjunto de instruções
TerminologiaTerminologia DigitalDigital
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BibliografiaBibliografia
• Experimental Principles and Methods Below 1K.
Lounasmaa, O.V. (Academic Press: London and New York)
• The Art of Electronics.
P. Horowitz, W. Hill. (Cambridge University Press.)
• Basic Electronics for Scientists.
J. J. Brophy. (McGraw-Hill Kogakusha Ltda.)
• Numerical Recipes on C.
W.P.Press, S.A.Teukolky., W.T.Vetterling, B.P. Flannery.
(Cambridge University Press)
• Experimental Pulse NMR A Nuts and Bolts Approach
E. Fukushima, S. B.W. Roeder. (Addison-Wesley Publishing
Company)
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