Trabalho Eletrônica II PDF

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Oscilador de onda triangular e onda quadrada com faixa de frequências 1kHz < f < 10kHz 1. Introdução Quando o único sinal disponível é o próprio sinal contínuo da alimentação, e são necessárias outras formas de onda, como senoidal,retangular, triangular, etc. é necessár...

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Oscilador de onda triangular e onda quadrada com faixa de frequências 1kHz < f < 10kHz

1. Introdução Quando o único sinal disponível é o próprio sinal contínuo da alimentação, e são necessárias outras formas de onda, como senoidal,retangular, triangular, etc. é necessário o uso de osciladores. Osciladores são sinais periódicos, ou seja circuitos eletrônicos que geram um sinal que se repete ao longo do tempo, geralmente uma onda senoidal ou quadrada, sem a necessidade de um sinal externo. Os osciladores são baseados num circuito amplificador com realimentação positiva, que induz a um instabilidade de operação que resulta na oscilação e podem ser classificados como de relaxação, que produzem sinais não lineares e senoidais que produzem sinais lineares. Estes ainda podem ser divididos nas mais diversas formas de circuitos. Osciladores de onda quadrada e triangular são normalmente usados para testes em circuitos eletrônicos, além de outras aplicações na eletrônica. A utilização desses osciladores ainda ajuda na análise mais detalhada do funcionamento dos circuitos, pois podem gerar várias frequências e amplitudes, que podem ser facilmente ajustados conforme necessário.

2. Objetivo Construir um oscilador de onda triangular e onda quadrada com faixa de frequências que contemple 1kHz < f < 10kHz, com controle de amplitude da onda triangular.

3. Circuito 3.1 Projeto do circuito Para a construção do oscilador, foi indicado a utilização do Circuito Integrado TL072,conhecido também como AmpOp. Este tem características como: alta impedância de entrada, baixa impedância de saída, alto ganho, baixo nível de ruído. O CI TL072 pode ser

aplicado em diversos modelos de placa, possui 8 terminais para conexão, os quais são especificados na figura abaixo.

Figura 1 : Estrutura TL072

O oscilador de onda triangular e onda quadrada do nosso projeto, foi construído através dos cálculos de valores para cada componente, considerando a tensão de alimentação de 12 volts, na figura 2 é possível observar a localização de cada um e posteriormente os cálculos.

Figura 2: Circuito oscilador de onda quadrada e triangular com controle de frequência.

Primeiramente o valor do capacitor, do potênciometro ( R ) e do resistor definido, sendo eles: ● C = 100 nF

R3 foi

●

R = 10 KΩ

●

R3 = 1 KΩ

Sabe-se que o intervalo de frequências desejado no projeto é de 1kHz < f < 10kHz, e definindo RT = R3 +

R , temos as seguintes análises:

● Analisando a frequência de 1kHz , temos o potenciômetro no valor máximo, ou seja, R = 10 KΩ

obtemos o seguinte valor: RT = R3 + R =11K Ω

● Analisando a frequência de 10kHz, temos o potenciômetro no valor mínimo, consequentemente: RT = R3 =1K Ω A partir dos dados acima, e da equação abaixo, a relação entre R1 e R2 foi encontrada. 4* RT *C*f = R2/R1 Utilizando f=10kHz, consequentemente RT =R3=1k Ω , temos: R2/R1 = 4*1000*100*10-9*10000= 4 , sendo assim a relação encontrada foi de : R2= 4 R1 Assim, o valor de R2 foi escolhido igual a 10k Ω , através da relação encontrada acima temos R1=40k Ω . Para o controle de amplitude da onda triangular, utilizou-se o amplificador inversor (Figura 3). Como não haviam valores limitantes para a amplitude, o valor dos componentes foram escolhidos pelo grupo, sendo assim:

Figura 3 : Amplificador inversor responsável pelo controle de amplitude da onda triangular

Sendo R6 , um potenciômetro.Escolheu-se então os seguintes valores: ● R4=1k Ω ● R5= 10k Ω ● R6= 10k Ω De acordo com os cálculos, os componentes necessários para a confecção do projeto foram listados abaixo: ●

2 resistores de 1k Ω

● 2 resistores de 10k Ω ● 1 resistor de 40k Ω ● 2 potenciômetros de 10k Ω ● 1 capacitor eletrolítico de 100 nF ● 2 CI’s TL072

3.2 Descrição do circuito O oscilador projetado é composto por três partes, sendo elas: amplificador integrador, comparador com histerese positiva (Disparador Schmitt) e amplificador inversor, cada uma delas responsável por uma característica das ondas de resposta. O amplificador integrador possui uma saída triangular, essa saída alimenta o comparador de histerese positiva que tem saída retangular, que por sua vez realimenta o integrador, gerando um circuito que o primeiro estágio alimenta o segundo, e o segundo alimenta o primeiro. Em um comparador de histerese positiva a saída continuará num estado até que a entrada ultrapasse a tensão de referência para um determinado estado. Assim quando a saída for baixa a entrada precisará aumentar até a tensão de referência alta (UTP)) para mudar a saída para alto e quando a saída for alta a entrada precisará aumentar até a tensão de referência baixa ( LTP) para mudar a saída para baixo (figura 4) .

Figura 4: Característica do comparador com histerese positiva

Ao associar o amplificador integrador com o comparador de histerese positiva, faz com que o integrador gere uma rampa positiva quando a saída do comparador for baixa, e que esta aumente até a UTP, nesse momento então, a saída do comparador muda para alto e a onda triangular muda de sentido, gerando uma rampa negativa. Assim a onda negativa diminui até LTP, fazendo com que a saída do comparador mude para baixo e a onda triangular muda novamente de sentido. O amplificador inversor (figura 5), é um dos mais utilizados, suas características contribuem para isso, sendo elas: alta impedância de entrada, baixa impedância de saída, ganho de tensão estável e tensão de saída amplificada e defasada de 180º. Sendo assim, para cumprir o objetivos do projeto, aliamos as características desse amplificador, ao circuito gerador de onda triangular e quadrada.

Figura 5 : Amplificador inversor Sabe-se que o integrador inversor, tem como onda de saída uma onda da forma triangular, conectou-se então a tensão de saída VOUT do amplificador integrador, na entrada

inversora do amplificador inversor, consequentemente a onda de saída do amplificador inversor será uma onda triangular, defasada de 180º da onda de entrada, tendo o controle de amplitude definido pelos valores dos resistores R4, R5 e R6. Para o controle da amplitude, analisaremos a equação de ganho para o amplificador em questão. Sendo o ganho do amplificador inversor : G=VOUT/VIN= RF/RIN considerando RIN= R4+R6 , sendo R6 potenciômetro, R4 e RF resistências de valores fixos, a seguintes análises são feitas: ● Para o potênciometro no valor mínimo, considera-se RIN= R4 , sendo o valor de RIN inversamente proporcional ao ganho, temos ganho máximo e consequentemente amplitude máxima da onda triangular. ● Para o potênciometro no valor máxima, considera-se RIN= R4+R6, sendo assim, temos o ganho mínimo e consequentemente menor amplitude da onda triangular. Assim, pode-se observar na figura abaixo, a aplicação das análises feitas acima.

Figura 3: Circuito oscilador de onda quadrada e triangular com faixa de frequência de 1k Ω até 10 k Ω e controle de amplitude da onda triangular

3.3 Resultados de simulação Após feito o projeto, o circuito foi montado no software Multisim, a simulação foi realizada a fim de observar como o circuito reagiria às mudanças feitas nos valores das resistências dos potenciômetros. Para isto, primeiramente o potenciômetro R, responsável pelo ajuste de frequência, foi variado de 100 a 0%, e os valores de frequência das ondas foram anotados. Potenciômetro R (%)

Frequênc ia (kHz)

100

0, 91

90

1, 00

80

1, 11

70

1, 24

60

1, 42

50

1, 65

40

1, 98

30

2, 46

20

2, 25

10

4, 79

0

9, 33

Tabela 1: Variação resistência do potenciômetro R e resposta da frequência Em seguida, um procedimento semelhante foi realizado para o segundo potenciômetro, cuja função seria controlar a amplitude da onda triangular. Desta vez, os valores anotados foram os picos de tensão da onda triangular (V MÁX), à medida que o potenciômetro era variado.

Potenciômetro R6 (%)

VMÁX( V)

100

2,3

90

2,6

80

2,9

70

3,2

60

3,7

50

4,3

40

5,2

30

6,5

20

8.7

10

10,4

0

10,4

A partir dos dados obtidos, foi possível concluir que o circuito simulado variou a frequência das ondas em uma faixa de aproximadamente 0,9 a 9,3 kHz, e a amplitude da onda triangular em uma faixa de 2,3 a 10,4 V, sendo que abaixo de 15% de R6 ele atinge a saturação. Abaixo algumas imagens obtidas do osciloscópio do simulador.

Figura 6 : Potenciômetros no máximo (frequência e amplitude mínimas).

Figura 7: Frequência máxima.

Figura 8 : Amplitude máxima da onda triangular. (R6: 15%)

Figura 9 : Saturação da onda triangular (R6: 0%)....