FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA CURSO DE MECATRÔNICA INDUSTRIALTRABALHO SOBRE CIRCUITOS CODIFICADORES E DECODIFICADORES AMPLIFICADORES OPERACONAIS CIRCUITOS ARITIMÉTICOS MEMORIAS LATCH SENSORES GARÇA 11/2010 ALUNOS CARLOS EDUARDO BUENO MARCO ANTONIO NUNES DA SILVA MARCOS AURÉLIO CARRETEIRO FILHO RODRIGO GOMES Referencial Teórico do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, referente às matérias de Princípios de Mecatrônica e Eletrônica básica. Professor: Gustavo Coraíni Professor: Edson Detregiachi Filho GARÇA 11/2010 SUMÁRIO 1. CODIFICADORES E DECODIFICADORES DIGITAIS 1.1 CODIFICADORES DIGITAIS 1.2 DECODIFICADORES DIGITAIS 1.3 - CONCLUSÃO 2. MEMÓRIAS LATCH 2.1 Latch. 2.2 Latch-SR 2.3 Latch tipo D 3. CIRCUITOS ARITIMÉTICOS DIGITAIS 3.1 Circuitos Combinacionais 3.2 Introdução. 3.3 Circuitos com 2 duas Variávies 3.4 Circuitos aritméticos 3.5 Somador Completo 3.6 Somador completo a partir de meio somadores 3.7 Circuito completo com essa ligação. 3.8 Meio subtrator 3.9 Sub-trator Completo a partir de Meio Sub-tratores. 3.10 Somador / Subtrator Completo 4. AMPLIFICADOR OPERACIONAL 4.1 CONCEITO 4.2 PRINCIPAL CARACTERISTICAS DE UM AMPOP 4.3 DESCRIÇÕES DE FUNCIONAMENTO 4.4 APLICAÇÕES PARA O AMPLIFICADOR OPERACIONAL 4.5 BREVE HISTORICO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL 4.6 CODIGOS DE ALGUNS FABRICANTES 4.7 MODOS DE FUNCIONAMENTO 4.8 CARACTERÍSTICAS DE UM AMPOP IDEAL 4.8.1 Ganho de Tensão 4.8.2 - Tensão de OFFSET 4.8.3 SLEW RATE 4.8.4 OVERSHOOT 4.9 ALIMENTAÇÃO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL 4.10 MÉTODOS DE POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR 4.10.1 Modos de operação: 4.10.2 - Sem Realimentação 4.10.2 - Realimentação positiva 4.10.3 - Realimentação Negativa 4.11 CONCEITO DE CURTO-CIRCUITO VIRTUAL 4.12 - CIRCUITOS BÁSICOS COM AMP OP 4.12.1 - Amplificador Inversor 4.12.2 - Amplificador Não Inversor 4.12.3 - Amplificador Somador 4.12.4 - Amplificador Subtrador 4.12.5 - Comparador 5. SENSORES 5.1 - Introdução 5.2 - Definições de Sensores 5.2.1 - Sensores Analógicos 5.2.2 - Sensores Digitais 5.3 - Principais tipos de sensores 5.3.1- Sensores de luz 5.3.2 - Sensores de temperatura 5.3.3 - Sensores de calor 5.3.4 - Sensores de radiação 5.3.5 - Sensores de partículas subatômicas 5.3.6 - Sensor de resistência elétrica 5.3.7 - Sensores de corrente elétrica 5.3.8 - Sensores de tensão elétrica 5.3.9 - Sensores de potência elétrica Conclusão 6.3.5.3.3.3.12 .3.15 .13 .Sensores mecânicos 5.4 .3.18 .Sensores químicos 5.3.Sensores magnéticos 5.21 .Neste estudo vamos detalhar mais especificadamente o Sensor Ultra-sônico 5. BIBLIOGRAFIA 1.Sensores de movimento 5.Sensores de distância (sem contacto) 5.17 .10 .3.Sensor whisker 5.Sensores de fluxo de gás e líquido 5.Sensor de umidade 5.Sensores binoculares 5.Sensores acústicos 5.11 .20 .Sensores de pressão 5.3.Sensores de orientação 5.14 .22 .3. CIRCUITOS CODIFICADORES E DECODIFICADORES .16 .3.Sensores de proximidade 5.23 .3.19 .3.3. ENTREVISTA SOBRE SENSORES INDUSTRIAIS 7.Sensores de toque 5.5 . 1 CODIFICADORES DIGITAIS Nada mais é do que o inverso do Decodificador. Sim. O trabalho do codificador é transformar o valor de entrada no valor de saída. Estrutura: Ele contém E entradas e S saídas. seria esta: . O codificador é um circuito lógico que. usando um tipo de código. mas de uma maneira diferente.1. porque existem diversas maneiras de representar um mesmo valor. serão 0. como o próprio nome diz. O valor de saída também indica qual dos pinos de entrada está na posição 1. Suponha que vou comprar um carro na concessionária. e me disponibilizaram um mísero teclado para selecionar o modelo que desejo comprar. ou alto (As demais.FORD C2-FORS C3-ECO SPORT C4-FORD KA Fig. portanto. Um exemplo bem simples pode explanar de uma forma mais fácil e didática de como entendi este assunto. O valor de entrada indica qual dos pinos de entrada está na posição 1. C1. codifica um sinal que se encontra em uma forma para outra forma. ou baixo).1 Os mecânicos que montam o carro precisam saber qual modelo será escolhido. Seu uso correto se dá quando no máximo uma entrada tem o valor 1. Uma solução para a comunicação entre eu e os mecânicos. O circuito da segunda solução é o seguinte: . E depois. Deste modo. transformar estes dígitos binários em impulsos para os leds.B. o codificador e decodificador.Tabela de equivalência O problema agora é transformar o impulso elétrico dos botões nos dígitos binários.Figura.3 e 4). lá na oficina. vai ser necessário apenas 2 fios vermelhos. respectivamente. é possível representar a escolha com dois dígitos binários (pois 2 dígitos binários podem representar 4 valores diferentes). 1 . Os circuitos que fazem estas transformações são. para transmitir a minha opção. Como só existem 4 opções possíveis (Carro 1. A correspondência entre os dígitos binários e a escolha está na tabela abaixo: D. numa segunda solução para transmitir a opção escolhida. foram usados 4 fios elétricos (vermelhos). 00 01 10 11 Escolha Carro 1 Carro 2 Carro 3 Carro 4 Correspondência entre os 2 dígitos binários e a escolha Tabela. 2. 2.Exemplo de codificador Observe que. Ex: através de outro circuito lógico. C4) em dígitos binários (DB1. C2. . são utilizados na conversão de códigos para circuitos de acionamento de Displays. DB2). DECODIFICADO Código Binário de Saída. um transformador de conjunto de sinais BCD. Fig. O codificador é o seguinte (tendo em vista que existem várias configurações para um codificador): Como se vê. O código. 4 Na maioria das vezes estes circuitos. 3 . ou de chaves e contatos. pode der apresentado ao codificador de várias maneiras.Exemplo de codificador Portanto. Código Binário de Entrada. não é necessário que haja uma relação entre o número de entradas e de saídas em um codificador.2 DECODIFICADORES DIGITAIS Nada mais é do que. a saída correspondente ao código de entrada. ou outra forma que seja apropriada. C3. Lembrando que ele ativa somente. XS-3 ou de outra forma normalmente usada pelos circuitos digitais para a forma decimal. que é o endereço da saída a ser ativada. tais como endereços de um microprocessador. Código de Gray. facilitando a compreensão pelo usuário. Binário. que no nosso exemplo é transformar a escolha (C1. o codificador transforma um valor em seu valor codificado. 1.CARRO-1 CARRO-2 CARRO-3 CARRO-4 CARRO-1 CARRO-2 CARRO-3 CARRO-4 Figura. sendo o equivalente ao algarismo decimal zero. Para o código BCD em 0101. dispostos com mostra a figura abaixo: Cada um dos 7 segmentos do display é formado por um led. 5 . Este é um dos decodificadores mais utilizados em sistemas digitais por que Converte informações codificadas em BCD para um código especial que. pude observar a forma em que um circuito decodificador opera. a f g b e c d Figura. com equivalente em decimal igual ao algarismo decimal 5: . e estes 7 leds podem estar conectados pelo catodo (catodo comum). Exemplo: Para o código em BCD igual a 0000.Display de 7 segmentos. fornece visualmente as informações. acendendo quando recebem nível lógico “1”. aplicado ao display de 7 segmentos.No exemplo abaixo. Os displays de 7 segmentos são dispositivos formados por 7 leds. somente o segmento “g” do display deve permanecer apagado. Tabela verdade para o decodificador BCD .a f g b e c d Figura. Alguns displays podem possuir um segmento a mais no formato de ponto para indicar casas decimais. O mesmo raciocínio é utilizado para o restante dos algarismos de 0 à 9.Display de 7 segmentos com numero 5.2 . 6 . e os números decimais podem ser representados utilizando-se um display de 7 segmentos para cada casa decimal. Tabela verdade para o decodificador BCD .7 Segmentos para display catodo comum: D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 f 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Tabela. impressoras e outros).. desta afirmação é a comunicação da CPU e seus periféricos. MEMÓRIAS LATCH 2. por realizar determinada tarefa. que recebe uma determinada instrução. Codificadores e Decodificadores são essenciais para a eletrônica. Cada número representa uma operação que será executada. possuindo duas saidas: a variável lógica Q e o seu complemento lógico. Esse estado (Q = 0) permanecerá até que você imponha nível lógico baixo a Q. ativo quando o sinal é 1 ou 0. e sua função é decodificar. ligando a saída que alimentara o circuito correspondente.CONCLUSÃO Ficou muito claro que os circuitos. ferrolho. A forma mais básica de implementar-se um circuito lógico de memória é conhecida como latch. e. Um latch. seu complemento vai para o nível lógico baixo (0).1 Note que este Latch-SR possui duas portas NAND entrelaçadas com duas entradas. o latch só consegue armazenar um único bit.3 . uma denominada Q. ainda pode-se disponibilizar entradas para o latch. Um exemplo muito claro. em português. você precisará de um latch para cada bit (por exemplo. de quebra. é um elemento básico de memória que opera sob níveis de sinal (isto é. Um latch construido dessa forma é chamado LATCH-SR. Se você precisar armazenar palavra de mais de um bit.2 Latch-SR. Veja o latch-SR construido com porta NAND. Todo microprocessador. uma palavra de 32 bits precisa de um dispositivo de memória de 32 latch´s para ser armazenada). também. (mouse. E o responsável por alimentar o circuito lógico. Latch-SR com portas NAND 0 0 0 1 1 0 Tabela Característica S R Qt+1 ? 1 0 Próximo estado Estado não usado Estado SET Estado RESET Mantém o estado atual 1 1 Qt Fig. 2. construir um latch com outras portas lógicas (OR e AND). Também possui duas saidas..1. Pode-se. e a outra sendo o complemento . Sua arquitetura é composta de duas portas lógicas inversoras. que significa. portanto. possui um circuito decodificador. vídeo. existente no interior do processador. É ou não é um dispositivo de memória? Evidentemente. trinco. as instruções existentes na linguagem de máquina. S e R. A linguagem de máquina nada mais é do que os conhecidos números binários. alimentando um determinado circuito lógico.1 Latch. é o Decodificador. se você impõe nível lógico alto (1) em Q. teclado. 2. É claro que a escolha adequada das entradas poderá produzir um dos dois estados. Latch-SR com portas NOR Tabela Característica S R Qt+1 0 0 Qt 0 1 1 0 1 1 1 0 ? Próximo estado Mantém o estado atual Estado SET Estado RESET Estado não usado Fig. Um avanço possível na direçao da eliminação desse problema é a inclusão de um terceira entrada de controle. Note que o estado SET é alcançado pela combinação S = 0 e R = 1. Seu diagrama lógico com a respectiva tabela característica são dados por. É claro que o aparecimento de estado indefinido representa uma desvantagem dos Latches-SR.de Q. daí o uso do símbolo ?. C. Independentemente dos valores lógicos atribuidos a S e a R. de acordo com a tabela característica vista acima. não é utilizada pelo simples fato de produzir um estado indefinido. Já na combinação S = 1 e R = 1. A outra implementação de latch com duas entradas faz uso de portas NOR. especifica-se o estado do Latch-SR através do par Q e seu complemento. o estado atual é mantido. a combinação S = 0 e R = 0. 2 Note que a diferença entre as duas implementações está na combinação SR que leva ao estado indefinido. Finalmente. estas variáveis são referências aos valores da variável de estado do Latch-SR. O estado RESET por S = 1 e R = 0. . Em primeiro lugar. e depois. é usada para restringir entradas que possam afetar o estado do latch. . Latch tipo D Tabela Característica D D 0 X 1 0 1 1 Próximo estado Mantém o estado atual 0 1 Fig. pela inclusão de um inversor.3 Latch tipo D. a qual chamaremos de D. 3 Esta entrada de controle "habilita" o latch.Latch-SR com entrada de controle Tabela Característica C S R 0 X X 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Próximo estado Mantém o estado atual Mantém o estado atual 0 1 Estado não usado Fig. e de mais uma única entrada. ou seja. C = 0. 4 Observe que a entrada D substitui. Porisso. 2. não há necessidade de fazer-se uma combinação de S e R para manter-se o atual estado. Você pode notar que o latch-SR possui uma séria desvantagem: o estado indefinido que não pode ser usado. A esta nova configuração daremos o nome de latch tipo D. pelo fato de voce não mais permitir a combinação S = R = 1. pela eliminação do estado indefinido. as duas anteriores. C. Mas tem uma vantagem: com o entrada de controle. com vantagem. Primeiro porque você mantém o estado atual pela desabilitação do latch via entrada de controle. necessita-se apenas da entrada de controle. S e R. decodificadores e outros circuitos que são utilizados em várias aplicações. subtratores. Significa que o estado do latch D não é estável. Podemos utilizar estes circuitos para a resolução de problemas que necessitam de uma resposta. Figura. também flutuará. 3. Figura. aonde através deste assunto estenderemos como funciona: Somadores.Circuitos Combinacionais 3.Esquema geral de um esquema combinacional compostos de suas variáveis de entradas e sua (as) saída (s).codificadores. Antes de começarmos a falar de circuitos aritméticos devemos primeiramente os observar os circuitos combinacionais . Figura 1 Figura.circuitos que executam prioridades. também. enquanto a entrada de controle é mantida alta. o que será resolvido. uma desvantagem. CIRCUITOS ARITIMÉTICOS DIGITAIS 3.1 . e se houver uma flutuação no sinal D.2 Introdução. Circuitos combinacional é aquele em que a saída depende exclusivamente de suas combinações de entrada. 1 – Sequência de processo. 2 . do Latch D. de acordo com suas variáveis de entrada. É que. eventualmente mudando de estado. 2 . a saida Q.Mas há. Representa o cruzamento de duas ruas A e B . com as seguintes características. Figura 3 .3 . 2° Quando carro houver transitando somente na rua A o semáforo 1 deve permanecer verde pelo mesmo motivo do 1° caso. Figura. Figura 4 – Tabela totalmente preenchida. para que haja transito de viaturas.Pode-se notar que o circuito lógico pode possuir uma ou mais variáveis de entrada e uma ou mais saídas. 4 .Circuitos com 2 duas Variávies. 3 1° Quando carro houver transitando somente na rua B e o semáforo 2 deve permanecer verde . Fig. 3° Quando houver transito na rua A e B deve dar preferência para a rua A Analisando as situações poderemos montar a expressão lógica do circuito. aonde vai ser instalado um sistema de semáforo automático . conforme a definição do projeto aplicado. 3. 4 . 6 Com as definições de circuitos combinacionais podemos obter vários circuitos com mais variáveis de entrada. dos microprocessadores e circuitos comerciais.Circuitos aritméticos Os circuitos abaixo são utilizados principalmente na construção da ULA (Unidade Lógica Aritmética). 7 . Meio somador Representação em blocos Figura. Existem outros circuitos destinados a aplicações específicas empregados. 3.Essas definições são obtidas através de situações práticas de maneira geral. V1/ Vm1/V2/Vm2. sobretudo em arquiteturas internas de circuitos integrados. 5 Observando a figura acima o circuito resultante é: Figura. Figura.Transpondo para tabela de Karnaugh e agrupando poderemos obter a expressão simplificada das saídas . 5 .Somador completo a partir de meio somadores Podemos construir um somador completo a partir de 2 meio somadores. Vamos analisar a expressão dos blocos abaixo. 3.Este circuito é conhecido também como Hafl Adder sendo a saída de transporte denominada carry out ambos derivados do inglês.6 .Somador Completo Possibilita somar números binários com 1 algarismo. Fig. Figura – 8 3. para somar números com mais algarismo este circuito torna-se insuficiente. 9 . Aplicação utilizando meio somador e somador completo. 10 Ligando a saída S no meio somador 1 a entrada x do outro meio somador e a entrada y . Fig.Circuito completo com essa ligação.7 . 12 . deste a variável Te temos: Figura. temos.Fatorando a expressão temos: Ligando A e B nas entradas do meio somador 1 . Figura. 11 3. Podemos esquematizar para 2 números Figura.Meio subtrator O meio subtrator completo possibilita efetuar subtração de 1 algarismo .8 . derivação do inglês full subtractor.13 Figura em blocos.3.14 . Figura. para fazer subtração com mais de 1 algarismo esse circuito torna-se insuficiente. 17 . Pode-se construir um Sub-trator completo a partir de 2 Meio Sub-tratores. Fig.3. e a variável Y na entrada Te . temos. Vamos analizar as expressões em blocos. Figura 16 Ligando a saída S na entrada X do segundo bloco . Figura. 15 Ligando A e B nas entradas X e Y do meio subtrator 1 temos.9 – Sub-trator Completo a partir de Meio Sub-tratores. e se introduzir uma entrada com nível 1 faz a subtração completa.Circuito completo com todas as ligações. se introduzir uma entrada com nível zero e permanecendo o circuito efetuara a soma completa . Observe diagrama completo do circuito. Figura.10 Somador / Subtrator Completo Podemos fazer um circuito que efetue as duas operações. Figura. Figura. 19 Circuito em bloco. 20 . 18 3. De acordo com o avanço tecnológico o Operacional foi anexado ao nome devido a sua versatilidade em implementações antes complexas e nos mais variados projetos. Este componente em tempos passados era largamente utilizado para computar as operações matemáticas como soma e integrações. Sua representação gráfica é dada pela figura abaixo: .4. capacitores e transistores.2 PRINCIPAL CARACTERISTICAS DE UM AMPOP a) Resistência de entrada infinita. Conjugando estes dispositivos com outros componentes. cujas características se aproximam de um amplificador ideal. d) Resposta de freqüência infinita. também conhecido como AMPOP é um amplificador CC multi-estágio.1 CONCEITO O amplificador operacional. c) Ganho de tensão infinito. com entrada diferencial. AMPLIFICADOR OPERACIONAL 4. e) Insensibilidade à temperatura.3 DESCRIÇÕES DE FUNCIONAMENTO O AMPOP é um componente eletrônico compacto construído da junção de resistores. Por isso recebe o nome de Amplificador Operacional. 4. b) Resistência de saída nula. 4. Mais adiante iremos analisar cada uma das características citadas acima. podem efetuar-se montagens que desempenhem outras funções sobre os sinais. A principal função dos amplificadores operacionais é a de amplificar tensão. . instrumentação nuclear e petroquímica.(V+ . 4.Figura 1 – Diagrama elétrico de um Amplificador Operacional V+ – Entrada não Inversora V. . computadores.Alta sensibilidade a ruídos.5 BREVE HISTORICO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL Os primeiros AOP’s foram desenvolvidos na década de 40 através de válvulas. etc. tais como: . aparelhos de som.– Entrada Inversora VO – Tensão de Saída V0 = A. as características destes primitivos AOP’s eram bastante ruins. . Porém foi quando na década de 60 com o surgimento dos circuitos integrados que o amplificador operacional teve sua maior evolução onde no ano de 1963 a FAIRCHILD SEMICONDUCTOR® lançou o seu primeiro AOP monolítico μA702. Com o surgimento do transistor na década de 50 foi possível evoluir o AOP com características bastante razoáveis.Necessidade de alimentação diferenciada (-6V e +12V).4 APLICAÇÕES PARA O AMPLIFICADOR OPERACIONAL É muito difícil enumerar a totalidade das aplicações deste componente.Baixo ganho. 4. equipamentos médicos.V-) O AOP possui duas entradas e uma saída onde à função é apresentar na saída o múltiplo da diferença entre as duas entradas onde A é o ganho de tensão do Amplificador Operacional. Também como tudo que se desenvolve o μA702 apresentou uma série de problemas.Baixa resistência de entrada. podemos dizer que sua utilização está presente na maioria dos equipamentos de sistemas de controle industrial. . FABRICANTES FAIRCHILD NATIONAL MOTOROLA RCA TEXAS SIEMENS CÓDIGOS A741 LM741 MC741 CA741 SN741 TBA221 (741) Tabela 1 – Alguns fabricantes de amplificadores operacionais 4. Evidentemente como os avanços tecnológicos não param hoje temos diversos tipos de AOP’s com características superiores às do μA709 e μA741. Na tabela a seguir temos a codificação usada pelos fabricantes mais conhecidos no Brasil.Foi então que a própria FAIRCHILD. Cada fabricante possui uma codificação diferente para identificar seus produtos. Um mesmo integrado pode ser produzido por vários fabricantes diferentes. Sendo assim é importante que o projetista conheça os diferentes códigos para poder identificar o fabricante e buscar o manual do mesmo (DATABOOK). por exemplo. A seguir a mesma equipe projetou o μA741. 4. Este último foi considerado o primeiro AOP “confiável” lançado no mercado. Tomamos como exemplo o 741. o que foi lançado pela FAIRCHILD em 1968 e até hoje estes dois AOP’s ocupam posição de destaque no segmento.6 CODIGOS DE ALGUNS FABRICANTES Existem inúmeros fabricantes de Amplificadores Operacionais. LF351 (NATIONAL) e CA3140 (RCA) que utilizam jfet´s em sua construção. com apoio de Robert Widlar e sua equipe lançou em 1965 o conhecido μA709.7 MODOS DE FUNCIONAMENTO O AOP tem a função de amplificar o resultado da diferença entre suas entradas como no exemplo a seguir: . 000 (4. Por definição sempre o ganho A será positivo e sempre que V+ .for menor que zero a tensão de saída será negativa ou vice versa. nunca amplifica o sinal comum às duas entradas.000.Figura 2 – Exemplo de funcionamento de um Amplificador Operacional O exemplo acima está usando a diferença entre os dois sinais contínuos.V.8 CARACTERÍSTICAS DE UM AMPOP IDEAL Ri = α Ri = α RO = 0 Figura 3 – Características de um amplificador operacional 1) AMPOP ideal só amplifica a diferença dos sinais de entrada. Supondo que o ganho A seja de 100. Portanto a tensão de saída (VO) será VO = 100. 4. . Portanto podemos dizer que o AMPOP ideal nunca satura.8mV) = -5.0V.75mV – 4. taxa de giro. que nos indica quanto o nível de tensão de saída foi ultrapassado durante a resposta . 4. não deve introduzir defasagem ou mesmo atraso no circuito e A é um número real e positivo. Os valores desta tensão normalmente nos amplificadores comerciais estão situados na faixa de 1 a 100mV os componentes comerciais estão dotados de entradas para ajuste da tensão de OFFSET. 4. etc.Tensão de OFFSET Um AmpOP real tem a saída de um amplificador ideal nula. podemos dizer que o valor de SR nos dá a “velocidade” de resposta do amplificador. Quanto maior o SR.1 Ganho de Tensão O ganho de tensão que é obtido através da relação entre a tensão de saída pela tensão de entrada.4 OVERSHOOT Finalmente. O OVERSHOOT é o valor.8. mas quando suas entradas estão em curto circuito. a qual costuma ser traduzida por “sobre passagem” ou “sobre disparo”. 4.8.8. melhor será o amplificador. 4) AMPOP ideal deve ter ganho A = α (infinito). Costuma-se traduzir SLEW RATE por taxa de subida. 5) AMPOP ideal deve ter um ganho A constante que independe do valor da freqüência dos sinais de entrada.8. inclusive para sinais de baixa amplitude o ganho de tensão é infinito. Nos amplificadores reais acontece um casamento de impedâncias imperfeito dos dispositivos de entrada normalmente diferencial a saída do AmpOP pode ser diferente de zero quando ambas as entradas assumem potencial zero. conseqüentemente a impedância das entradas do AOP é infinita (R1 = α) 3) AMPOP ideal tem impedância de saída nula (RO = 0). taxa de resposta. ou seja.2) AMPOP ideal não consome e nem fornece corrente através de suas entradas.2 . Normalmente o SR é dado em V/μs. Significa dizer que há uma tensão CC equivalente. resta-nos considerar outra característica citada nos manuais dos fabricantes denominada OVERSHOOT. 6) AMPOP ideal deve apresentar insensibilidade a temperatura. Em termos gerais. 4.3 SLEW RATE Define-se SLEW RATE (SR) de um amplificador como sendo a máxima variação de tensão de saída por unidade de tempo. dado em porcentagem. na entrada chamada de tensão de OFFSET. para que a ampliação seja viável. Isto significa que a saída é uma fonte de tensão ideal independente da corrente drenada pela carga acoplada à saída. Realimentação Positiva.Realimentação Negativa.Sem Realimentação.10.transitória do circuito. Este modo de operação é largamente empregado em circuitos comparadores. .10. Para o 741. ou seja. ou seja.9 ALIMENTAÇÃO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL Figura 4 – Esquema de alimentação de um amplificador operacional 4. Convém frisar que o OVERSHOOT é um fenômeno prejudicial. por utilizar o ganho do operacional estipulado pelo fabricante.2 . 4.1 Modos de operação: . antes da saída atingir o estado permanente.10 MÉTODOS DE POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR 4. o OVERSHOOT é da ordem de 5%. 4. principalmente quando se trabalha com sinais de baixo nível. não se tem o controle do mesmo. . .Sem Realimentação Este modo é conhecido como operação em malha aberta. Amplificador Inversor. É aplicado em circuitos osciladores.Realimentação Negativa Este modo de operação é o mais importante e o mais utilizado em circuitos com AmpOP.Amplificador Somador.10.Amplificador Não Inversor.10.Realimentação positiva Este modelo de operação é denominado operação em malha fechada. Pois o ganho do operacional é obtido pelo projetista. Figura 6 – Esquema de alimentação de um amplificador operacional em malha fechada 4. veja que a saída é reaplicada à entrada inversora do AmpOP através de RF. pois sua resposta não é linear. . 4.Figura 5 – Esquema de alimentação de um amplificador operacional em malha aberta. Apresenta como desvantagem uma instabilidade ao circuito. .3 . .2 . Existem várias aplicações para os AmpOP com realimentação negativa entre elas podemos destacar: . Neste modo de operação o ANP não trabalha como amplificador de sinais. .11 CONCEITO DE CURTO-CIRCUITO VIRTUAL Denomina-se o termo curto circuito virtual para designar o estado onde as tensões em dois pontos distintos são idênticas (como em um curto-circuito) e suas correntes são nulas.Amplificador Diferencial. ou seja.Diferenciador. . etc. 4. Este modo de operação como na realimentação positiva tem característica de malha fechada.12 . . o ganho é determinado por R1 e RF e pode ser controlado pelo projetista. Figura 7 – Esquema de alimentação utilizando realimentação negativa 4.Integrador.CIRCUITOS BÁSICOS COM AMP OP .Filtros Ativos.. Amplificador Não Inversor Figura 9 – Esquema elétrico de um amplificador não inversor .1 .12.12.2 .4.Amplificador Inversor Figura 8 – Esquema elétrico de um amplificador inversor 4. Figura 10 – Esquema elétrico de um amplificador Somador 4. .12.4 .Amplificador Subtrador O Amplificador subtrator tem a finalidade de amplificar as diferenças de tensões entre as suas entradas.Amplificador Somador Amplificador somador tem a finalidade somar dois ou mais valores de entradas analógicas ou digitais em tempo real.3 . Exemplo pode-se somar uma rampa. Circuito Padrão.12.4. uma senoíde e um nível contínuo instantaneamente em tempo real. Empregado em misturadores de sinal. Figura 12 – Esquema elétrico de um Comparador . A saída alta simboliza a resposta sim e a resposta não será mais baixa. o comparador produzirá uma alta tensão “1”.5 . quando a entrada não inversora for menor que a entrada inversora. a saída se baixa “0”. Tudo o que precisamos é uma resposta sim/não. A maioria dos circuitos comparadores são construídos por AOP’s na configuração de malha aberta ou às vezes tendo sua tensão de saída limitada por diodo zener.Figura 11 – Esquema elétrico de um amplificador Subtrador 4.12. Um comparador é um circuito com duas tensões de entrada (não inversora e inversora) e uma tensão de saída. Quando a tensão não inversora for maior que a tensão inversora.Comparador Freqüentemente precisamos comparar uma tensão com outra para verificar qual delas é a maior. Na maioria dos casos o diodo zener também é utilizado como tensão de referencia. Na prática quando se projetam circuitos comparadores. Figura 13 – Esquema elétrico de um Comparador com proteção . é muito comum a utilização de dois diodos em antiparalelo. Conforme o circuito ao lado. colocados entre os terminais da entrada para proteger o estágio diferencial contra possíveis sobre tensões ou sobre correntes que possam danificar o integrado. já que ele transforma energia elétrica em som. Apesar de ser imensa a variedade de sensores elétricos. Na eletrônica. Através de sensores. pois converte energia química ou elétrica em energia mecânica. podendo ela ser algo simples como temperatura ou luminosidade. Um alto-falante também é um transdutor. é um tipo de transdutor. utilizada para a leitura de alguma condição ou característica do ambiente. 5. calor. até o fato de poder estacionar o carro sem o perigo de batê-lo ou de ter a segurança de que qualquer tentativa de furto de sua casa poderá ser frustrada. Desde a possibilidade de aumentar a eficiência no funcionamento de um motor ou de uma linha de produção. um sensor é conhecido como qualquer componente ou circuito eletrônico que permita a análise de uma determinada condição do ambiente. tais são as vantagens oferecidas pelo uso de sensores. Um motor. O desenvolvimento de sensores e as suas aplicações trouxeram como conseqüência inúmeras vantagens ou comodidades para a vida moderna.Definições de Sensores Podemos definir a palavra sensor como “aquilo que sente”. Porem.5. SENSORES DIGITAIS E ANALÓGICOS. por exemplo. que transforma algum tipo de energia (luz. tais como a presença de um obstáculo no caminho de um robô a temperatura de um motor ou o fato de uma porta estar fechada ou não. Um transdutor é um componente que transforma um tipo de energia em outro. podemos fazer a leitura de determinadas características do ambiente. Nesta monografia. podemos dividi-los basicamente em dois tipos: . ou seja. serão apresentados diversos tipos de sensores.2 . até realizar uma pesquisa científica com maior precisão e em menor tempo. e responder de acordo com a resposta. como a detecção de partículas subatômicas e radiações cósmicas. 5. criar um sistema capaz de interagir com o ambiente. movimento) em energia elétrica. Os sensores podem ser classificados como um tipo de transdutor. uma medida um pouco mais complexa como a rotação de um motor ou a distância de um carro até algum obstáculo próximo ou até mesmo eventos distantes do nosso cotidiano.1 − Introdução Em vários projetos o uso de sensores é indispensável. desde modelos comuns até alguns mais elaborados. um sensor pode ser definido como um transdutor específico. radiômetro de Nichols. amperímetro. magnetómetro. 5. 5.3. hodómetro.9 Sensores de potência elétrica: wattímetro. anemômetro. fototransístores. sensor de fluxo de massa. sensor para a gravação de imagens).2 . câmara de nuvens.12 Sensores de fluxo de gás e líquido: sensor de fluxo. 5. tubos fotoelétricos.3. termômetros bi-metálicos e termostatos.5 Sensores de partículas subatômicas: cintilómetro.3.3 Sensores de calor: bolómetro (instrumento elétrico p/ a detecção do calor (radiante).3.2 Sensores de temperatura: termômetros.5. coordenador de giro. fotodiodos.1 Sensores de luz: células solares. aquometro. termopares.3.3 . calorímetro.Sensores Analógicos Podem assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao longo do tempo. câmara de bolhas. sensores sísmicos. 5. 5. 5. dosímetro (p/ a medição da exposição diária ao ruído). ou dispositivo de carga acoplado.3. medidor defluxo. velocímetro.11Sensores de pressão: barômetro.3.10 Sensores magnéticos: bússola magnética. 5. CCDs (charge-coupled device.3. 5.3.2.7 Sensores de corrente elétrica: galvanômetro. sensor lambda 5.6 Sensor de resistência elétrica: ohmímetro. variómetro (indicador de velocidade vertical).3. indicados da velocidade do ar. elétrodo de vidro para medição de pH.13 Sensores químicos: elétrodo ião-selectivo. 5. 5. dispositivo de efeito Hall. gasômetro. hidrofone (transdutor eletroacústico que responde as fontes sonoras e as transforma em impulsos elétricos equivalentes).2.3.1 . desde que esteja dentro da sua faixa de operação. 5. resistências sensíveis a temperatura (termístores).8 Sensores de tensão elétrica: eletrômetro. . sensor de imagem sensores de som: microfones.3.3.3. 5. tacômetro. voltímetro. barógrafo.Sensores Digitais Podem assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo do tempo (zero ou um). 5. bússola de fluxo de porta.14 Sensores de movimento: arma radar (radar gun).Principais tipos de sensores 5.4 Sensores de radiação: contador Geiger. elétrodo redox. 5. pressure gauge. Uma combinação de uma fotocélula e um LED ou laser. Seu princípio de funcionamento é bastante simples: duas superfícies metálicas. Sistemas mais antigos como Fathometros (e localizadores de peixes) e outros sistemas Sonar (Sound Navigation And Ranging) em aplicações navais utilizavam em sua maioria freqüências de sons audíveis foco. detecção de papel nas fotocopiadoras entre outras. porém menos sofisticado.23 Sensores de toque: Os sensores de toque são o tipo mais simples de sensores. Usada nas câmaras polaróide do meio do século XX e também aplicado na robótica.16 Sensores mecânicos: sensor de posição.3. 5. A mesma idéia pode ser usada para construir um sensor de água: se os fios tocam a água. O tipo mais simples pode ser construído com apenas dois fios desencapados conectados à placa Gogo. 5. .18 Sensor whisker: Um tipo de sensor de toque e proximidade. Quando o solo fica mais úmido. Suas aplicações são nos telefones celulares. fecham o contato elétrico.Um raio de laser é enviado ao alvo por um espelho. horizonte artificial. strain gauge 5. quando pressionadas.3.3. então a distância é calculada por triangularização.3.17 Sensores de proximidade: Um tipo de sensor de distância.21 Sensores binoculares: Duas imagens são obtidas em uma base conhecida e colocadas em coincidência por um sistema de espelhos e prismas. ele conduz mais eletricidade e o valor do sensor muda.3. A distância de um elemento "em foco" pode ser determinada pela posição das lentes. 5.3.20 Sensores acústicos: usam o retorno do eco de ultra sons que se propagam na velocidade do som. Lentes de grande abertura são focalizadas por um sistema motorizado.3.19 Sensores de distância (sem contacto): Uma série de tecnologias pode ser aplicada para captar as distâncias: Captação auto inicializável e livre varredura por laser .3.3. há condução de energia através do líquido e a placa Gogo acusará a mudança.15 Sensores de orientação: giroscópio. apenas detecta uma proximidade específica. 5. É exatamente assim que funciona um interruptor de luz ou uma campainha.22 Sensor de umidade: Há vários tipos de sensores de umidade. 5. giroscópio de anel de laser (ring laser gyroscope) 5. Um sensor de luz responde quando o raio é refletido de um objeto ao sensor.5. 5. mas são extremamente úteis. chave. O ajuste é utilizado para determinar a distância. selsyn. Fig. 1 Fig.5.Definição da faixa de medição.2 . acionando a saída do sensor.Princípio de Funcionamento O sensor emite pulsos cíclicos ultra-sônicos que refletidos por um objeto incidem no receptor. .4 – Neste Estudo vamos detalhar o Sensor ultra-sônico . Alinhamento Angular .3 .Aplicação Fig.4.5.4 .Cone sonoro – Ganho em dB Fig.3 .5 .Alinhamento angular Fig. 7 – Vantagens Para detecção de objetos a distâncias determinada Detecção de objetos de diferentes materiais.6 . formas e cores Detecção de objetos pequenos em longa distância Funcionamento constante sem manutenção Pode ser usado .Formas de Atuação Fig.para saída da distância de objeto de forma digital ou analógica .como barreira de reflexão .6 .4.5.como sensor de proximidade com supressão de fundo .Zonas Livres Fig. .Materiais e Objetos Fig.Comparação entre Sensores de proximidades Ultra-sônicos e Ópticos -Ultra-sônico fig.9 .8 . 10 .4.Exemplos de Aplicações Fig.5.11 . .Diâmetro .Ambiente: poeira. neblina .Detecção cores .Material a ser detectado: . óleo.Não metal .Conexão elétrica: cabo.Tensão de alimentação: VCA / VCC Tipos de saída: CA CC PNP NPN Saídas: NA. conector . umidade/névoa .Distância de sensoriamento: SN .Final alvo: brilhante / escuro .Influências Ambientais Insensível a pó.Metal (ferroso. por exemplo: . opaco. transparente) . Proteção contra água .Como especificar um sensor Para a especificação do sensor é necessário especificar vários detalhes como. Tipo de Excitação: LO e DO .Temperatura de operação ambiente: ºC .Dimensões do alvo: . não-ferroso. translúcido. NF ou NANF . operante e correspondente.Senhor Marcos como o senhor define. claro que às vezes acontece de algum se danificar. sensor de temperatura utilizado nas máquinas de solda de placas. luz. Marcos Augusto de Lima Função: Gestor do Setor de Manutenção de Máquinas e Automação. para que de alguma forma esta informação seja utilizada em um determinado processo. na realização de análise e também de aviso sobre diversos tipos de problemas.. Sr.). 6. sensores ópticos utilizados em diversas máquinas onde a função destes é garantir um funcionamento correto das máquinas. sensor magnético utilizado nos portões automáticos. ou ambiente.Quais tipos de sensores são mais utilizados na empresa RCG? R: Aqui utilizamos diversos tipos de sensores. som. e outros que não me recordo no momento. E transmite um estímulo.0 ENTREVISTA Entrevistado. e não temos um backup imediato.. Empresa: RCG Tecnologia Eletromecânica. movimento. 1. somente existe . utilizado nas câmeras de circuito interno. a importância dos sensores no seu meio de trabalho? R: Defino como uma ferramenta imprescindível. 2.Conclusão Sensor é um dispositivo que detecta um estímulo físico (calor. Data: 07/06/2010. campo magnético. e também no desenvolvimento de novas automações. pressão.5. como sensor de movimento.Estes sensores utilizados no dia a dia são de fácil acesso? R: A maioria deles sim é comum de se encontrar em lojas do ramo. 3.5 . etc. que eram na verdade totalmente mecânicos. Muito Obrigado. fazendo com que seja enviado um sinal para a placa. Com isto quando o portão abre pela segunda vez em diante. Agora já inventaram mais uma nova forma de realizar com segurança este corte de tensão do motor quando o portão já abriu ou fechou. Hoje em dia utilizasse imã. só foram possíveis. que quando apresentam problemas podem interferir na segurança do operador ou prejudicar a produtividade da empresa. através de um circuito integrado que. como computador. e automaticamente a tensão que alimenta o motor do portão é cortada. 5. 4. muitas máquinas que você esta visualizando. já que conforme o portão fechava ou abria ele abria o fechava o contato através de caixinhas que continham uma roldana que deslizava até abrir o contato ou fechar o mesmo. fazendo com que a tensão de alimentação do motor seja cortado após aquele intervalo de tempo que o motor foi ligado. antes utilizava se swchit. um exemplo bem simples. . e também facilitadores de uma vida com mais conforto e segurança? R: Com certeza. memoriza o tempo de abertura e fechamento do portão logo na primeira vez que ele é posto em funcionamento. houve realmente uma evolução tecnológica muito grande? R: Sim claro que houve principalmente.backup de sensores. já esta memorizado o tempo de abertura e fechamento.Durante o período que tem trabalhado com sensores. são importantíssimas. internet e energia.Podemos então afirmar que os sensores. é o fim de curso do portão. graças à evolução constante de novos sensores. Senhor Marcos. como você pode verificar. em relação aos sensores analógicos. ele acaba no momento final de abertura ou fechamento do portão passando pelo imã de pólo positivo fixado no portão. conhecido como read que quando o portão esta abrindo ou fechando o imã de pólo negativo que esta conectado no eixo do motor. para que quando o portão abrisse totalmente ou fechasse por completo a alimentação do motor fosse cortada. com Site: www.br Sensores Industriais Editora Ética 1º Edição 2005. Autores: Idoeta e Capuano Apostila da Faculdade Federal de Uberlândia .com.br Site: www.br Site: www.com.guiadoestudante.7.wordpress.br Site: www.br Site: www.com.feiradeciencias.br Site: www.com.maxwellbohr.festo.br Site: www.com.leomar.br Site: www.com.0 BIBLIOGRAFIA Site: www.idev.abril.com. Autores: Daniel Thomazini e Pedro Urbano Braga Albuquerque Elementos de Eletrônica Digital 2º Edição 2007.atos.eletrônicadigital.tmgeletronica.com.br Site: www.br Site: www.newtonbraga.com.com.com.br Site: www.automato.sabereletronica.