Fundamentos para Eletrônica e Sistemas de Medidas

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1 Fundamentos para Eletrônica e Sistemas de Medidas Prof.: Geraldo Cernicchiaro geraldo@cbpf.br 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, demodulação e processamento de sinais elétricos, sem focar tecnicismos, nem sua implementação.

2 EMENTA Eletricidade básica. b Codificação, transmissão, processamento e decodificação de informação e sinais elétricos. Transdutores e sensores. O mundo analógico e as válvulas. v Amplificação, retificação, modulação e demodulação ão. O mundo digital e noções de álgebra de Boole. Medidas elétricas e ruído. Dispositivos de medida: ADCs, DACs,, osciloscópios, etc. Técnicas experimentais: magnetometria,, resistividade, etc. Aquisição de dados e interfaces.

3 Sumário Aula 4 Amplificadores Operacionais Operações analógicas Amplificador Lock in Controle PID Digital Álgebra de Boole

4 Amplificadores Operacionais Alta impedância de entrada (R i ~ MΩ) Baixa impedância de saída (R th ~75 Ω) Alto ganho de Tensão a ( 74 ~ ) Possibilidade de operar como amplificador diferencial Alimentação simétrica V th = a (V - V2) R o = R th V V 2 V o Entrada não inversora Entrada inversora Tensão saida Alimentação simétrica

5 Regras 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.. Nenhuma corrente irá fluir nas entradas. (v i v 2 ) / R = (v 2 v o ) / R 2 R 2 (v i v 2 ) = R (v 2 v o ). 2. As tensões, ou seja os potenciais em relação ao terra, nas duas entradas serão iguais. v o = a (v v 2 ) = a v 2, pois v =. R 2 v i + R 2 v o /a = R v o /a R v o. v o = R 2 v i R

6 Operações analógicas Circuito somador v a /R a + v b /R b + v c /R c = v o /R 2 v o = - R 2 (v a /R a + v b /R b + v c /R c ) Circuito diferenciador Circuito Integrador v o = R C dv i dt v o = t v i RCdt + c

7 Comparador Se abaixo de um determinado valor saída em nível alto alto Converte uma informação analógica em uma informação digital

8 Amplificador Lock in ω = 2 πf Vin = A cos (ωt) Filtro Passa Banda Multiplicador Filtro Passa Baixa Medida de sinal AC Detecção síncrona V = A cos (ωt). B cos (ωt + θ) Vref = B cos (ωt + θ) Amplifica o sinal que estiver com a mesma fase e freqüência do sinal de referência Funciona como um Filtro altamente seletivo = AB cos ωt (cos ωt cos θ - sin ωt sin θ) = AB(cos2 ωt cos θ - cos ωt sin ωt sin θ) = AB((½ + ½cos 2ωt)cos θ - ½sin 2ωt sin θ) = ½AB((+ cos 2ωt)cos θ - sin 2ωt sin θ) = ½AB(cos θ + cos 2ωt cos θ - sin 2ωt sin θ) = ½ABcos θ + ½AB(cos 2ωt cos θ - sin 2ωt sin θ) = ½AB cos θ + ½ABcos(2ωt + θ)

9 Controle Proporcional Integral Diferencial Proporcional + Integral + Diferencial = Sinal de correção + - Set Point - + Sinal medido

10 Critérios rios de sintonia

11 Controle PID Digital Conversor Analógico/Digital Parâmetros de Entrada Medida do sinal Cálculo Conversor Digital/Analógico Fim

12 Álgebra de Boole Nome Símbolo Notação Tabela Verdade NOT A F F = A A F OR A B F F = A+B A B F AND A B F F = A B A B F

13 Código binário valor código Operações Aritméticas (Adição; Subtracção; Multiplicação; Divisão;)

14 Blocos lógicos l elementares Nome E (AND) OU (OR) NÃO (NOT) OU exclusivo (XOR) NÃO E (NAND) NÃO OU (NOR) Flip- Flop JK Flip- Flop D Flip- Flop T Símbolo Notação S = A. B S = A + B S = A S = A B S = (A. B) S = (A + B) A B S A B S A S A B S A B S A B S J K Q Qa Qa D Q T Q Qa Qa Bloco somador X Y S C S = X Y E a saída de "vai um" é a função E: C = X. Y

15 Contador Contador Divisão de freqüência Contador assíncrono básico nada S S S2 S3 E S S S2 S3 clock S S S2 S3

16 Código ASCII

17 Conversor Digital-Anal Analógico tipo R-2nRR Vs = -Rr [ (Va/R) + (Vb/2R) + (Vc/4R) + (Vd/8R) ] Vs = / + /2 + /4 + 5/8 =,625 V. A (Va) B (Vb) C (Vc) D (Vd) Vs (V),625,25,875 2,5 3,25 3,75 4, ,625 6,25 6,875 7,5 8,25 8,75 9,375 Vs = / + /2 + 5/4 + /8 =,25.

18 Conversor Analógico Digital - ADC Conversor tipo paralelo Conversor tipo rampa digital

19 Terminologia Digital 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

20 Bibliografia Experimental Principles and Methods Below K. 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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