AMPLIFICADOR OPERACIONAL – REALIMENTAÇÃO POSITIVA

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A outra aplicação a ser estudada com a atividade prática é o oscilador de relaxação.

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Figura 3- Circuito esquemático do oscilador de relaxação

O funcionamento desse circuito pode ser explicado inicialmente com a definição dos resistores R1 e R2, que tem como função a introdução da tensão de referência na entrada não inversora do amplificador operacional. A fração de realimentação do item anterior é a mesma utilizada neste circuito:

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Tendo o valor definido de B e propondo um valor para saída VS, pode-se saber o valor da tensão de referência na entrada não inversora do amplificador operacional. Enquanto na entrada não-inversora é definida uma tensão de referência, na entrada inversora o resistor R promoverá um aumento de tensão no capacitor C, que se carregará até atingir o valor de referência V+ da entrada não-inversora. Como consequência disso, o valor de tensão da saída VS inverterá para um referencial oposto do anterior, ou seja, nesse caso a tensão VS que era positiva agora ficará negativa. Quando o valor de referência V+ da entrada não-inversora possuir sinal negativo, o capacitor carregará com tensão negativa que deverá novamente inverter a tensão de saída para o sinal positivo. Esse processo sempre irá se repetir, definindo assim uma frequência de oscilação da saída VS, que possuirá um sinal retangular.

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Figura 4 - Gráfico da relação das tensões de entrada e saída em função do tempo

Para o cálculo da frequência de oscilação é levado em consideração o carregamento e descarregamento do capacitor C, de forma exponencial, no valor da tensão de referência V+, produzidos pela divisão de tensão entre R1 e R2. A equação da frequência de oscilação é dada por:

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A carga e descarga do capacitor gera uma forma de onda triangular, assim além da onda quadrada, temos na saída entre o capacitor e R a possibilidade de obter uma onda triangular.

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ATIVIDADE PRÁTICA E RESULTADOS

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MATERIAIS UTILIZADOS

- Multisim 11.0;

- Notebook;

COMPARADOR REGENERATIVO

O Circuito da figura a seguir foi montado, na entrada inversora foi aplicada uma onda triangular de 3 Vpp, frequência de 100Hz. Na entrada não inversora foi aplicado um sinal contínuo de nível ajustável. O valor de R1 foi dado [R1=100kΩ], Vcc=12V e R2 foi um potenciômetro de 22kΩ.

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Figura 5 - Circuito Comparador regenerativo

Foi verificado a resposta da curva de histerese do circuito para três situações

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a – Ve1=0V

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Figura 6 - Ve1 = 0V

Conforme esperado, a curva de histerese tem seu centro em 0V.

b – Ve1=0.5V

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Figura 7 - Ve1 = 0.5V

Conforme esperado, a curva de histerese tem seu centro deslocado para 0.5V.

c – Ve1=-0.5V

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Figura 8 - Ve1 = -0.5V

Conforme esperado, a curva de histerese tem seu centro deslocado para -0.5V.

Em seguida o valor de R2 foi ajustado de forma que ruídos de até 3Vpp fossem ignorados. A equação utilizada foi a junção das equações de B e Vref.

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Figura 9 - Circuito com 3Vpp de Histerese

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Figura 10 - Janela de histerese 3 Vpp

O resultado da Janela de Histerese condiz com o esperado. O valor dos limites de máximo e mínimo são ±1.652V. Esperávamos o valor de ±1.5V. Portanto o desvio foi de 10.133%, o que é aceitável.

O sinal de entrada foi definido para 1 Vpp, e conforme esperado não houve saída.

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Figura 11 - Entrada menor que janela de Histerese

Em seguida o valor de R2 foi ajustado de forma que ruídos de até 0.3Vpp fossem ignorados:

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Figura 12 - Circuito com 0.3Vpp de Histerese

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Figura 13 - Janela de histerese 0.3Vpp

O resultado da Janela de Histerese condiz com o esperado. O valor dos limites de máximo e mínimo são ±165.174mV. Esperávamos o valor de ±150mV. Portanto o desvio foi de 10.116%, o que é aceitável.

O valor de R2 encontrado que de fato gerou uma janela de histerese de 300 mVpp, foi de 1240kΩ. Desvio de 9.315%, o que também é aceitável.

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Figura 14 - Janela de Histerese com R2=1240kΩ

O sinal de entrada foi definido para 280 mVpp, e conforme esperado não houve saída.

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Figura 15 - Entrada menor que janela de Histerese

OSCILADOR DE RELAXAÇÃO

Foi montado o circuito com R2 (Potenciômetro de 10kΩ), R3 (potenciômetro de 300kΩ), R1 de 10kΩ e um capacitor de 100 nF conforme orientação do professor em sala.

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