008-roteiro-comparadores

(1)

de Minas Gerais

Campus Juiz de Fora

Nú leo de Eletrni a e Automação

Curso: Engenharia Me atrni a

Apli ações não lineares om ampli ador opera ional

Multivibrador

Autor: Filipe Andrade La-Gatta

Roteiro de experimento em laboratório para

a dis iplina Instrumentação, le ionada no

pe-ríodo2017-2, ursosuperiorEngenharia

Me a-trni a.

Juiz de Fora

(2)

1 Objetivos 2

2 Trabalho preparatório 2

2.1 Fundamentos teóri os . . . 2

2.2 Comparador não inversor sem histerese . . . 3

2.3 Comparador inversor sem histerese . . . 5

2.4 Comparador não inversor om histerese . . . 7

2.5 Comparador inversor om histerese . . . 8

3 Exe ução 10 3.1 Comparador não inversor sem histerese . . . 10

3.2 Comparador inversor sem histerese . . . 10

3.3 Comparador não inversor om histerese (S hmitt Trigger). . . 11

3.4 Comparador inversor om histerese . . . 11

(3)

Estudo e exe ução de ir uitos om apli ações não lineares que empregam o

ampli- ador opera ional nas ongurações om histerese e sem histerese, e inversora e não

inversora. Estas ongurações referem-se à apa idade de omparação de tensões, om

saídas de mesmo sinal, ousinal inverso à entrada.

2 Trabalho preparatório

2.1 Fundamentos teóri os

Osquatro ir uitosqueserãoestudados nestapráti asãode grandeuso emapli ações

de automação. A apli ação nestes asos é de a ionamentos em função de medições de

demaisgrandezas atravésde sensores eatuadores devidos.

No aso de omparadores inversores, asaída tem lógi a negadaemrelação àentrada,

quando omparada a referên ia. Já no aso de omparadores não inversores a lógi a é

direta.

Quantoàhisterese,esta ara terísti apermitequese rie umafaixade esperaentreos

estadosdasaída emfunção daentrada. Este efeitopermiteque seeviteum a ionamento

instável quando aentrada se aproxima dareferên ia.

Um exemplo desta apli ação pode ser visto na

Fig.

1. Neste aso o sinal sem ruído pode ser dete tado pelo omparadorsem histerese, uma vez quenão haverá instabilidade

no ruzamentopelareferên iada omparação.

PSfrag repla ements

Zeros

Puro

Figura 1: Sinal sem ruído, om ruzamentos por zero bemdenidos.

Para ontrastar omoexemploanterior,vê-sena

Fig.

2umsinal orrompidoporruído. No aso, devido aos ruzamentos pela referên ia provo ados pelo ruído, o sistema teria

sua saída a ionada tantas vezes quantas o sinal ruzar a referên ia. Com isso, gera-se

uma instabilidade no a ionamento. Nesta gura per ebe-se os níveis da hsiterese,

V

T H

e

(4)

PSfrag repla ements

Zeros

Figura 2: Sinal orrompido por ruídos, om vários ruzamentos por zero no ponto de

inexão.

2.2 Comparador não inversor sem histerese

Esta onguraçãoé onhe ida omo omparadoremrazãode suasaídamudardevalor

de a ordo om o valor de entrada, quando a referên ia é aporta inversora. Este ir uito

pode ser visto na

Fig.

3.

PSfrag repla ements

V

i

V

o

Figura3: Comparadornão inversor sem histerese.

A urva ara terísti adeste ir uito,que rela ionaentrada om saída, pode ser vista

na

Fig.

4. PSfrag repla ements

L

−

L

+

V

ref

= 0

V

o

V

i

V

o

>

0 => V

i

>

0 V

o

<

0 => V

i

<

0

(5)

de uma fontede tensão qualquer na referên ia, onforme mostrado na

Fig.

5.

PSfrag repla ements

V

i

V

o

V

ref

Figura5: Comparador não inversor sem histerese, om

V

ref

6= 0

.

Neste aso, a urva ara terísti a é deslo ada, para a direita no aso de um valor

positivo, onformemostrado na

Fig.

6,oupara esquerdano asode um valornegativo da referên ia. PSfrag repla ements

L

−

L

+

V

ref

6= 0

V

o

V

i

V

o

>

0 => V

i

< V

ref

V

o

<

0 => V

i

> V

ref

Figura6: Curva ara terísti ado omparador não inversor sem histerese om

V

ref

6= 0

.

(6)

PSfrag repla ements

V

i

V

o

Figura7: Comparador inversor sem histerese.

Esta onguração é onhe ida omo omparador em razão de sua saída mudar de

valorde a ordo om ovalorde entrada, quando areferên ia éa porta não inversora.Este

ir uitopode ser visto na

Fig.

7.

A urva ara terísti a deste ir uitopode ser vista na

Fig.

L

−

L

+

V

ref

= 0

V

o

V

i

V

o

>

0 => V

i

<

0 V

o

<

0 => V

i

>

0

Figura8: Curva ara terísti ado omparadorinversor sem histerese.

Levando em onsideraçãoa existên iade uma fontede tensãoqualquer na referên ia,

tem-seo ir uitomostrado na

Fig.

9.

PSfrag repla ements

V

i

V

o

V

ref

Figura 9: Comparadorinversor sem histerese, om

V

ref

6= 0

.

Assim, a urva ara terísti a é deslo ada, semelhrante ao não inversor, onforme

(7)

L

−

L

+

V

ref

6= 0

V

o

V

i

V

o

>

0 => V

i

> V

ref

V

o

<

0 => V

i

< V

ref

Figura10: Curva ara terísti a do omparador inversor sem histerese om

V

ref

6= 0

.

(8)

Este ir uito pode ser visto na

Fig.

V

i

V

o

R

1

R

2

Figura11: Comparador não inversor om histerese.

na

Fig.

L

−

L

+

V

T H

V

o

V

i

V

T L

V

ref

= 0

Figura12: Curva ara terísti ado omparadornão inversor om histerese.

Umaformamais ompletade seavaliareste ir uitolevaem onsideraçãoaexistên ia

Fig.

13.

PSfrag repla ements

V

i

V

o

V

ref

R

1

R

2

Figura 13: Comparadornão inversor om histerese, om

V

ref

6= 0

.

Neste aso, a urva ara terísti a édeslo ada, onformemostrado na

Fig.

14. Simular o ir uito om os valores espe i ados na

Tabela

1.

(9)

L

−

L

+

V

T H

V

o

V

i

V

T L

V

ref

6= 0

Figura 14: Curva ara terísti ado omparadornão inversor om histerese om

V

ref

6= 0

.

2.5 Comparador inversor om histerese

Este ir uito pode ser visto na

Fig.

15.

PSfrag repla ements

V

i

V

o

R

1

R

2

Figura 15: Comparadorinversor om histerese.

na

Fig.

L

−

L

+

V

T L

V

o

V

i

V

T H

V

ref

= 0

Figura16: Curva ara terísti a do omparador inversor om histerese.

Umaformamais ompletade seavaliareste ir uitolevaem onsideraçãoaexistên ia

Fig.

17.

Neste aso, a urva ara terísti a é deslo ada, para a direita no aso de um valor

positivo, onforme mostrado na

Fig.

18, ou para esquerda no aso de um valor negativo dareferên ia.

(10)

3

PSfrag repla ements

V

o

V

ref

R

1

R

2

Figura 17: Comparadorinversor om histerese om

V

ref

6= 0

.

PSfrag repla ements

L

−

L

+

V

T L

V

o

V

i

V

T H

V

ref

6= 0

Figura18: Curva ara terísti ado omparador inversor om histerese om

V

ref

6= 0

.

(11)

Congurar o os ilos ópio para produzir uma urva que rela ione os dois anais entre

si, invés de relações om o tempo. Para tanto, a esse o menu Display; Neste menu,

alteraro formato da urvaem exibição para XY.

3.1 Comparador não inversor sem histerese

Montaro ir uito da

Fig.

3 om osvalores abaixo:

• V

i

= 2 V

pp

,

10 kHz, triangular

;

• V

al

= 12 V

;

Capturar a urva ara terísti ado ir uitoe preen her a

Tabela

1.

Grandeza Medido Simulado

L

+

L

−

V

T L

V

T H

Tabela 1: Tensões de entrada e saída para o ir uitoda

Fig.

3.

3.2 Comparador inversor sem histerese

Montaro ir uito da

Fig.

• V

i

= 2 V

pp

,

10 kHz, triangular

;

• V

al

= 12 V

;

Tabela

2.

L

+

L

−

V

T L

V

T H

(12)

Montaro ir uito da

Fig.

• V

i

= 8 V

pp

,

10 kHz, triangular

;

• V

al

= 12 V

;

• R

1

= 1 kΩ

;

• R

2

= 5, 6 kΩ

;

Tabela

3.

L

+

L

−

V

T L

V

T H

Tabela3: Tensõesde entrada esaída para o ir uitoda

Fig.

11.

3.4 Comparador inversor om histerese

Montaro ir uito da

Fig.

• V

i

= 8 V

pp

,

10 kHz, triangular

;

• V

al

= 12 V

;

• R

1

= 1 kΩ

;

• R

2

= 5, 6 kΩ

;

Tabela

4.

L

+

L

−

V

T L

V

T H

(13)

O relatóriodesta práti adeve onter:

1-> Osvalores apurados no trabalhopreparatório;

2-> Osvalores medidos dos resistores usados;

3-> Osresultadosdassimulações,de todososquatro ir uitos, in luindovalorespedidos

nas tabelas e formas de onda;

4-> Osvalores medidos eanotados nas Tabelas;

5-> As formas de onda apturadas através dos os ilos ópio;

E deve responderà pergunta:

1-> No omparador inversor, om histerese, quala relaçãode

R

1

e

R

2

om

V

o

? Deduza afórmula.

2-> No omparador não inversor, om histerese, qual a relação de

R

1

e

R

2

om

V

o

? Deduza afórmula.