Prof. Edson-2011 1
DISCIPLINA
SISTEMAS DE GERENCIAMENTO I EEA102
Prof. Edson
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Objetivos Específicos da Aula:
- Analise Espectral do Sinal Amostrado (Smith, Cap. 3, pag 35-44)
- Filtros Passivos (Boylestad, Cap. 23 10ed. , pag 694-698)
- Resposta RC para Transientes (Boylestad, Cap. 24 10ed. , pag 737-755)
- Amplificadores Operacionais. (Notas de aula do Prof. Edson, 1983)
- Análise do Circuito da Injeção Eletrônica Monoponto FATEC
O livro The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal ProcessingBy Steven W. Smith, Ph.D. ser obtido por capítulos, gratuitamente em http://www.dspguide.com
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A conversão A/D é um processo de duas fases.
A primeira é a Quantização, que é o processo de converter um sinal contínuo em discreto. A segunda fase é o processo de Codificação.
O processo é uma função não linear e a resolução (Q) depende do número de estados (N) de saídas.
Intersil Application Handbook, 1985.
2
2
QFSRQ QN
Prof. Edson-2011 4Intersil Application Handbook, 1985.
Freqüência de Amostragem e Faixa de Passagem
Suponha um sinal de amostragem SP (b) com amplitude 1 sendo multiplicado pelo sinal de entrada (a).O resultado do produto é um sinal com comportamento discreto modulado pelo sinal de entrada.
Prof. Edson-2011 5Intersil Application Handbook, 1985.
Frequência de Amostragem e Faixa de Passagem
Suponha um sinal de amostragem fs (b) com amplitude “1” sendo multiplicado pelo sinal de entrada (a), mas com um um capacitor na saída.Durante o chaveamento, um valor constante é armazenado (S/H).
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Qual deve ser a frequência mínima de amostragem para não perder informação?
Se um sinal contínuo, com largura de banda limitada, não contiver nenhuma frequência maior que fc, então o sinal original pode ser reconstruído sem distorção se a taxa de amostragem for maior que fc. (fc=frequência do sinal de entrada)
Intersil Application Handbook, 1985.
A curva de espectro de frequência mostram as amplitudes para cada valor de frequência.
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Intersil Application Handbook, 1985
Quando adicionamos um sinal de amostragem nós introduzimos novas harmônicas (1fs, 2fs, 3fs), deslocando o espectro.
Caso a frequência de amostragem não for suficientemente alto, ocorrerá uma sobreposição do espectro do sinal original com a frequência de amostragem. (Aliasing=superposição)
fs<fc
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Digital Signal Processing, Steven W. Smith, Caltech, 1999.
Exemplos de sinais com taxa de amostragem adequados.
fc=9%fsfc=0%fs
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Exemplo de sinal com taxa de amostragem inadequado.
Digital Signal Processing, Steven W. Smith, Caltech, 1999.
fc=95%fs
Frequência Alias
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Segundo o critério de Nyquist, a frequência de amostragem fs deve ser sempre maior do que duas vezes a maior frequência do sinal amostrado fc.
Digital Signal Processing, Steven W. Smith, Caltech, 1999.
egundoamostras/s 6000 6KHz
onde
632
:então 3KHz até DC de entrada de sinal um temosse
.2
KHzKHzf
se
ff
s
cs
Harry Nyquist(1889-1976)
Bell Laboratories
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Espectro de um de Amostragem na de Trem de Pulsos.
Como o pulso de amostragem não tem largura infinitesimal, observaremos um trem de pulsos que possui muitas harmônicas.
Rogério Regazzi et al., Soluções práticas de instrumentação e automação.
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Partindo de Fourier que postula que qualquer sinal periódico pode ser representado como uma somatória adequada de sinais senoidais.
dtetxX
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21
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Efeito no Sinal Amostrado
Rogério Regazzi et al., Soluções práticas de instrumentação e automação.
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FILTRO PASSIVO PASSA BAIXA (FPB)
Fundamentalmente, um circuito composto por um resistor e um capacitor formam um FPB passivo, cuja atenuação da amplitude do sinal de entrada é dependente da freqüência. Quanto maior a freqüência, menor será a impedância visto pela linha e como conseqüência, uma maior atenuação.
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Determinação do Ganho
fcX c 2
1
R
XcVi Vo
vvv AdbVi
VoA log20 e
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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FILTRO PASSIVO PASSA ALTA (FPA)
De forma oposta ao FPB, o FPA reduz a atenuação na medida que a frequência de entrada aumenta. Para sinais abaixo do ponto de corte a impedância somente aumenta, reduzindo a amplitude do sinal de saída.
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Classificação dos ruídos, origem e possível solução
Xc
RVi Vo
fcX c 2
1
vvv AdbVi
VoA log20 e
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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PULSO IDEAL
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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PULSO REAL
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Circuito RC com Chaveamento
otalmente.carregar t Para 5
dodescarregacapacitor o Para
1
RC
t
c eVV
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Aplicação de uma Onda Quadrada no FPB
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Saída do Filtro
Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed
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Amplificador Operacional com Ganho Unitário
Características:
Alta impedância de entrada
Baixa impedância de saída
Ganho unitário
Ein=Eout
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Amplificador não Inversor
Características:
Impedância de entrada alta
Corrente IR1=IR2
Ganho = (1+R2/R1)
Não se consegue ganho < 1
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Amplificar Inversor
Características:
Impedância de entrada igual a R1
Corrente IR1=IR2 não importando R2
Ganho = -(R2/R1)
É possível ganho < 1
Saída é invertida
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Conversor Corrente Tensão
Características:
Impedância de entrada igual a R
Corrente I=IR
Saída invertida
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Amplificador Operacional CA3140 BIMOSFET
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Amplificador Operacional CA3140
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Retificador de Valor Absoluto
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Amplificador de Pequenos Sinais
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Características das entradas analógicas
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Fonte de Referencia de Tensão
Walter Jung, IC-OP AMP Cookbook
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Amplificador Diferencial
Walter Jung, IC-OP AMP Cookbook
Prof. Edson-2011 35Walter Jung, IC-OP AMP Cookbook
Prof. Edson-2011 36Walter Jung, IC-OP AMP Cookbook
Comparador com Histerese
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Comparador com Histerese do Circuito da Aula
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Circuito Isolador do Condicionador de TPS
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Circuito da CPU
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Alguns tempos para o microcontrolador PIC16F877A com clock de 20mHz
// Rotina de leitura do AD gasta em torno de ~48uS// Rotina de escrita e inversão do sinal de saída gasta em torno de ~2uS// Divisão de 2 long int gasta ~90us// Produto de 2 long int gasta ~52us// Soma e subtração de 2 long int gastam ~4us
Destaque das diferenças entre o 16F877A e 18F4550
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