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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.
•• 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
SumSumááriorio
•• Aula 4Aula 4
–– Amplificadores OperacionaisAmplificadores Operacionais
–– OperaOperaçções analões analóógicasgicas
–– Amplificador Amplificador LockLock inin
–– Controle PIDControle PID
–– DigitalDigital
–– ÁÁlgebra de lgebra de BooleBoole
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
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−
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
ComparadorComparador
• Se abaixo de um determinado valor
saída em nível alto alto
• Converte uma informação analógica
em uma informação digital
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
Sinal medidoSet
Point
+-
-+
Controle Proporcional Integral DiferencialControle Proporcional Integral Diferencial
Proporcional + Integral + Diferencial = Sinal de correçãoProporcional Integral Diferencial
CritCritéérios de sintoniarios de sintonia
Parâmetros de Entrada Cálculo
Fim
Medidado sinal
ConversorDigital/Analógico
Controle PID DigitalControle PID Digital
ConversorAnalógico/Digital
ÁÁlgebra de lgebra de BooleBoole
“NOT” F = AFA
111001010000FBA
“OR” F = A+BFAB
0110FA
111101110000FBA
“AND” F = A•BFAB
Nome Símbolo NotaçãoTabelaVerdade
CCóódigo bindigo binááriorio
10000010código
1248163264128valor
•Operações Aritméticas (Adição; Subtracção; Multiplicação; Divisão;)
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
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
CCóódigo ASCIIdigo ASCII
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.
Conversor AnalConversor Analóógico Digital gico Digital -- ADCADC
Conversor tipo rampa digitalConversor tipo paralelo
• 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
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)