ANALÓGICA

1. SUMÁRIO

2. Introdução............................................................................................................4

3. Oscilador..............................................................................................................5

4. onda quadrada com operacional.......................................................................8

5. onda triangular com operacional.......................................................................9

6. Circuito...............................................................................................................11

7. Placa...................................................................................................................13

8. ConclusÃo..........................................................................................................14

2. INTRODUÇÃO

Este relatório tem por finalidade demonstrar de forma teórica e prática os

conceitos para sistemas de geração de freqüência via corrente continua e a devida

transformação de ondas senoidais em quadradas e triangulares.

Estudos baseados em aplicações em operacionais, realizando configurações

de conectividade seguindo modelagens dinâmicas e estáticas de resistores,

capacitores e alimentação de corrente continua permite a geração de uma

determinada freqüência com uma determinada amplitude a posteriormente uma

possível adaptabilidade de formatos de ondas.

Um estudo detalhado a respeito da ponde de Wien é de suma importância

para o entendimento da geração de onda senoidal via operacional. A transformação

da onda senoidal para quadrada será realizada por Comparador com Referencia

Nula e a conseguinte transformação triangular será efetivada por um integrador

.

3. OSCILADOR

Oscilador ou um gerador de onda é necessário a inúmeros circuitos eletrônicos

dado a necessidade de se ter uma fonte regular enxertada no circuito, qualquer

maquina que necessite realizar operações cíclicas necessariamente devera possuir

uma certa freqüência para enquadrar-se no tempo adequado. Sendo um circuito

oscilador tão essencial quanto um de fonte de alimentação.

Para baixa ou media tensão o oscilador em ponte Wien é de grande utilidade

sendo que tal gera ondas senoidais muito puras.

A figura que segue mostra o oscilador em ponte Wien onde a freqüência de

oscilação é dada por :

Esta montagem consiste em um amplificador operacional configurado como um

amplificador não inversor. Este circuito tem o feedback simultaneamente negativo e

positivo, sendo o negativo realizado através das resistências R1 e R2 e o positivo

realizado pelas duas malhas RC sendo uma em paralelo e outra em serie.

Figure 1

A oscilação é provenientes do desfazimento do sinal da malha de feedback

positivo e do ganho de malha fechada unitário. Tal circunstancia são denominadas

de Critério de Barkhausen.

O ganho diferenciado de 1 gera situações de instabilidades. A exemplo disso

tem-se quando o ganho é superior a 1 uma oscilação cuja amplitude cresce

exponencialmente e quando é inferior a 1 diminui exponencialmente , sendo

claramente perceptível o ponto de equilíbrio.

Em pratica percebe-se que não é tão simples quanto aparenta, pois o ganho

unitário em malha fechada mantém-se com uma amplitude constante SE e SÓ se

previamente existirem. Fazendo necessário o que chamamos de Arranque dos

osciladores.

O arranque consiste no aproveitamento da instabilidade, onde quando o ganho é

superior a 1, obtendo um aumento exponencial, efeito este desejável somente em

uma primeira etapa, logo após deve-se controlar este crescimento afim de se obter a

amplitude desejada. Este objetivo é facilmente atingível desde que se consiga um

ganho em malha fechada ligeiramente inferior a 1. A figura seguinte ilustra tal

situação.

Figure 2

4. ONDA QUADRADA COM OPERACIONAL

O circuito implementado com operacional na forma de comparador com

referencia nula como segue a figura seguinte, tem por finalidade transformar um

sinal senoidal em onda quadrada.

Quando a tensão de entrada passar por zero a saída comutara de seu estado

saturado atual, p. ex. se a saída estiver em +Vsat e a tensão de entrada inverter sua

polaridade a saída passa a ser –Vsat instantaneamente . Na verdade o fator que

pré-julga se esta comutação será instantânea será a impedância de realimentação.

A matemática a seguir descreve o comportamento da onda em função do

resistor (R) e do capacitor(C) , impedância de realimentação.

Figure 3

Figure 4

5. ONDA TRIANGULAR COM OPERACIONAL

Para triangular uma onda quadrada faz-se necessário o uso de um integrador

pratico. O circuito representado na figura seguinte mostra que a realimentação dá

pelo feedback negativo utilizando de uma impedância composta por um capacitor(C)

e uma resistência (R2), alem do mais uma outra resistência (R1) é posta em serie

com o sinal quadrado que chega diretamente no feedback negativo.

Figure 5

É de extrema importância entender primeiramente como funciona um integrador.

O circuito abaixo representa um integrador.

Figure 6

Pode-se concluir alguns pontos importantes ao examinar atenciosamente tal

circuito, tais como:

Vo= - (1/rc) int vidt

Vop= (vpT/4RC)

Não é utiliza desta maneira, pois acarretaria em um problema ao utilizar-se de

freqüências baixas. Para a compreensão, devemos analisar o capacitor de

realimentação. Fica claramente exposto que ao colocar freqüências baixas nele ele

ira comportar-se como uma malha aberta, sendo assim a solução é, acrescer uma

resistência em paralelo, fazendo com que ao ser exposto a baixas freqüências o

circuito funcione como um amplificador inversor simples, com seu devido ganho

(razão entre as resistências).

Se, já com a resistência, a freqüência for alta o capacitor conduzira fazendo com

que a resistência não drene corrente e atuara como um integrador.

Necessariamente deve-se saber o quão alta ou baixa é a freqüência para poder-

se ter um parâmetro. O limiar destas freqüências é chamado de freqüência de corte

e pode ser obtida pela seguinte expressão matemática:

Fc=1/2pir2c

Sendo as condições de projeto:

R2=10R

Fc < fosc/20

R1=1.2k

R2 =12k

C<8.2nF

Figure 7

6. CIRCUITO

A freqüência utilizado é de 27KHz com uma tensão de alimentação de 20V

corrente continua e uma saída Vo de no mínimo 15V.

Primeiramente, o gerador se onda senoidal:

Foi utilizado um gerador de onda de ponde de wien.

Como a intenção é de gerar uma onda de 27Khz calculamos a resistência e o

capacitor pela seguinte expressão:

R=1.515k

C=3.89nF

Como necessitamos de valores comerciais foi utilizado resistências de 1.5k e

capacitores de 3.9nF

O circuito esta demonstrado na figura seguinte.

Figura

Posteriormente, a transformação da onda senoidal em quadrada.

A utilização do operacional como comparador com referencia nula foi a forma

escolhida devido sua praticidade.

Finalmente, a transformação da onda quadra em triangular.

Foi realizado com um operacional agindo como integrador, onde o sinal Vout é a

integração do sinal Vin. Neste processo alguns parâmetros são importantes para a

configuração, tais como as resistências e o capacitor, estes já previamente

calculados.

A simulação no Pspice foi realizada a partir de 3ms até 3.1ms com um máximo

degrau de 0.1ms.

O pico positivo da onda triangular ficou com amplitude de 12V e no pico

negativo sua amplitude ficou situada em -12V. Logo, a onda triangular tem um Vpp

de 24V.

Esquemático

Figure 8 Circuito

Figure 9 Simulação

Figure 10 Onda senoidal

Figure 11 Onda quadrada

Figure 12 Onda triangular

É interessante notarmos que a estabilidade é atingida após um certo tempo, os gráficos seguinte demonstram esta situação

Figure 13 De 0s a 100us

Figure 14 De 0.4ms a 1.2ms

Figure 15 De 0s a 2.2ms

7. PLACA

Para a parte prática usamos uma protoboard, 3 amplificadores operacionais

(3LM318), um osciloscópio, uma fonte simétrica e uma série de resistores, trimpots e

capacitores.

Como houve necessidade de alterar os valores dos resistores previamente

calculados na teoria e na simulação houve a necessidade de utilizarmos trimpots

(similares aos potenciômetros) para atingir os resultados exatos.

Com a utilização dos trimpots há a vantagem de analisar os resultados nas

ondas durante a variação das resistências.

Posteriormente realizamos o rotiamento do circuito no orcad, layout plus, e o

montamos no laboratório de eletrônica.

Com o layout impresso realiza-se o processo de estampagem de XXXX em

XXXX ,seguindo de XXXX e por ultimo o broqueamento dos pontos de conexão.

Com os componentes em mão, utilizando do mesmo método da protoboard –

resistores variados- realiza-se a montagem.

As figuras que seguem mostram o circuito rotiado e a placa montada.

Layout

Placa

8. ANALISE GRAFICA REAL

As imagens que seguem mostram o real comportamento da onda deste projeto.

9. CONCLUSÃO

A infinidade de circuitos que se faz uso hoje em dia é proveniente de árdua

análise e inúmeros experimentos. Ao depararmos com uma teoria muito bem

fundada e argumentada, seja complexa ou simplória não a o faz isenta a

diferenciação da pratica da teoria tornando o processo construtivo altamente

sofisticado e conjugado.

No estréio da articulação do problema proposto, ocorreu uma pré-analise de

parâmetros estabelecidos via intenção de resultado, que no caso foi de atingirmos

uma onda com uma freqüência de 27Khz.

A modelagem do sistema foi elaborada com base aos princípios dos

operacionais. Tal etapa foi meramente formulativa e mecanizada, utilizando de

cálculos pré-determinados e de arranjos pré-estipulados. Obviamente a boa know-

how foi de suma importância para o desencadeamento do processo.

Ao que diz respeito do rotiamento do circuito para posterior fabricação foi de

autônoma efetivação, apresentando design próprio e otimização adequada.

Ao efetivarmos por fim a placa com o circuito impresso e montado foi

evidenciado inúmeros defeitos que somente a boa pratica e macetes puderam

resolver, evidenciando que a teoria é boa, contudo inoperante sozinha.