INTRUMENT.Lista5_20171

LISTA 5- INSTRUMENTAC¸ A˜O ELETROˆNICA 1 Out 12,2017Prob. 1 : Para o circuito mostrado na fig. 1 fac¸a o que se pede: Figura 1: Filtro de 2 est´agios a - Determine a expressa˜o para a fun¸ca˜o de tranferˆencia no dom´ınio s. b - Determine a express˜ao para a func¸˜ao de tranferˆencia no dom´ınio jω. c - Determine as expresso˜es para o |G(ω)| e para φ(ω).(De preferˆencia coloque a frequˆencia em Hz) d - Determine a banda passante da configura¸c˜ao. e - Desenhe os diagramas de Bode para o circuito.(Normalize pela menor frequ¨ˆencia de canto) f - Fa¸ca uma ana´lise qualitativa das frequˆencias de canto e as constantes de tempo que vocˆe identificar no circuito. g - Fa¸ca uma an´alise qualitativa da resposta para sinais aplicados com frequˆencias (=, >> e <<) quando comparadas com a(s) frequˆencia(s) de canto. h - Repita os passos anteriores fazendo R1 = R2 = 1 kΩ, C1 = 10 µF e C1 = 100 nF . i - Para o projeto do item h verifique os resultados em um simulador.Utilize sinais de diversos formatos e diversas frequ¨ˆencias.Prob. 2 : O que ´e slew rate? Como ele afeta o sinal?Prob. 3 :Al´em de um dispositivo para amplica¸co˜es lineares, os ampOps executamtarefas n˜ao-lineares como os comparadores e schmidt-triger. O circuito da fig. 2 ´eum circuito comparador. Para o sinal dado fac¸a o que se pede: 12017.1- Prof. Jos´e Am´erico Moura

Figura 2 a) Esboce o sinal de sa´ıda (considere o ampOp ideal) b) Simule este circuito e compare com o item a)Prob. 4 : Projete um filtro passa-baixa (PB) de 5a ordem com a resposta maisplana poss´ıvel dentro da banda passante com os parˆametros abaixo: i - Topologia Sallen-Key ii - Frequˆencia de canto global do filtro 1 kHz iii - Ganho c.c +6 dB Fac¸a o que se pede: a - Escreva as fun¸co˜es de transferˆencias normalizadas dos filtros parciais no dom´ınio s. b - Trace os diagramas de bode dos filtros individuais (item a) e encontre os parˆametros relevantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB de cada filtro. Explique. c - Escreva a fun¸ca˜o de transferˆencia global normalizada do filtro no dom´ınio s.Trace no plano-s os po´los e zeros deste filtro. d - Trace o diagrama de bode do filtro (item c) e encontre os parˆametros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenuac¸˜ao por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configurac¸˜ao. e - Escreva a func¸˜ao de transferˆencia global do filtro projetado (n˜ao-normalizado) no dom´ınio s. f - Trace o diagrama de bode do filtro (item e) e encontre os paraˆmetros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenua¸c˜ao por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configura¸c˜ao. g - Determine a largura de banda do filtro projetado. h - Escolha um ampOp adequado para este projeto e calcule os valores dos compo- nentes passivos (use os valores comerciais mais pro´ximos). Desenhe o esquema el´etrico, faca uma lista de componentes com suas respectivas caracter´ısticas (tolerˆancia, potˆencia,...). i - Para o projeto dimensionado verifique os resultados em um simulador. Utilize sinais de diversas formas de onda e frequ¨ˆencias.

Prob. 5 : Projete um filtro passa-altas PA de 5a ordem com a resposta mais planaposs´ıvel dentro da banda passante com os paraˆmetros abaixo: i - Topologia Sallen-Key. ii - Frequˆencia de canto global do filtro 1 kHz iii - Ganho de infinito +6 dB Fa¸ca o que se pede: a - Escreva as fun¸c˜oes de transferˆencias normalizadas dos filtros parciais no dom´ınio s. b - Trace os diagramas de bode dos filtros individuais (item a) e encontre os paraˆmetros relevantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB de cada filtro. Explique. c - Escreva a fun¸c˜ao de transferˆencia global normalizada do filtro no dom´ınio s.Trace no plano-s os po´los e zeros deste filtro. d - Trace o diagrama de bode do filtro (item c) e encontre os paraˆmetros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenua¸ca˜o por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configurac¸a˜o. e - Escreva a func¸˜ao de transferˆencia global do filtro projetado (n˜ao-normalizado) no dom´ınio s. f - Trace o diagrama de bode do filtro (item e) e encontre os paraˆmetros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenua¸ca˜o por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configura¸ca˜o. g - Determine a largura de banda do filtro projetado. h - Escolha um ampOp adequado para este projeto e calcule os valores dos compo- nentes passivos (use os valores comerciais mais pr´oximos). Desenhe o esquema el´etrico, faca uma lista de componentes com suas respectivas caracter´ısticas (tolerˆancia, potˆencia,...). i - Para o projeto dimensionado verifique os resultados em um simulador. Utilize sinais de diversas formas de onda e frequ¨ˆencias.

Prob. 6 : Projete um filtro passa-altas (PA) de 3a ordem com o corte mais abruptoposs´ıvel com os parˆametros abaixo: i - Topologia MFB (Multiple Feedback) ii - Frequˆencia de canto global do filtro 100 Hz iii - Ganho de infinito +20 dB Fac¸a o que se pede: a - Escreva as func¸o˜es de transferˆencias normalizadas dos filtros parciais no dom´ınio s. b - Trace os diagramas de bode dos filtros individuais (item a) e encontre os parˆametros relevantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB de cada filtro. Explique. c - Escreva a fun¸c˜ao de transferˆencia global normalizada do filtro no dom´ınio s.Trace no plano-s os p´olos e zeros deste filtro. d - Trace o diagrama de bode do filtro (item c) e encontre os paraˆmetros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenua¸ca˜o por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configura¸ca˜o. e - Escreva a func¸˜ao de transferˆencia global do filtro projetado (na˜o-normalizado) no dom´ınio s. f - Trace o diagrama de bode do filtro (item e) e encontre os paraˆmetros rele- vantes. Qual o valor da frequ¨ˆencia a −3 dB ? Qual a atenuac¸a˜o por d´ecada? Eram os valores esperados? Determine a banda passante da configurac¸a˜o. g - Determine a largura de banda do filtro projetado. h - Escolha um ampOp adequado para este projeto e calcule os valores dos compo- nentes passivos (use os valores comerciais mais pro´ximos). Desenhe o esquema el´etrico, faca uma lista de componentes com suas respectivas caracter´ısticas (toleraˆncia, potˆencia,...). i - Para o projeto dimensionado verifique os resultados em um simulador. Utilize sinais de diversas formas de onda e frequ¨ˆencias.

Prob. 7 : Projete um filtro passa-faixa concatenando um filtro passa-baixas comum passa-altas tendo as seguintes especifica¸c˜oes: i - Topologia Sallen-Key ii - Frequˆencias de canto do filtro 100 Hz e 1 kHz iii - Ganho de meio da banda +40 dB iv - Atenua¸c˜ao acima/abaixo das frequ¨ˆencias de corte de 40 dB/de´cadaFac¸a o que se pede:a - Escolha um ampOp adequado para este projeto e calcule os valores dos compo- nentes passivos (use os valores comerciais mais pr´oximos). Desenhe o esquema el´etrico, faca uma lista de componentes com suas respectivas caracter´ısticas (tolerˆancia, potˆencia,...).b - Para o projeto dimensionado verifique os resultados em um simulador. Utilize sinais de diversas formas de onda e frequ¨ˆencias.Prob. 8 : Mostre que a partir da fun¸ca˜o de transferˆencia de um filtro passa-baixasou passa-altas fazendo a transformac¸a˜o matem´atica da eq. 1 criamos um filtro comcaracter´ıstica complementar a func¸˜ao original. O que acontece se a transformac¸a˜ofor aplicada a um filtro passa-banda? (Sugesta˜o: use os filtros de 1 e 2a. ordempara obter as expreso˜es e trace seus diagrama de Bode) s −→ 1 e (1a) , s τ −→ ω (1b)Prob. 9 : Mostre que a partir de um filtro passa-baixas fazendo a transforma¸c˜aomatem´atica da eq. 2 criamos um filtro passa-faixa(PF).(Sugest˜ao: use os filtros de1 e 2a. ordem para obter as expres˜oes e trace seus diagrama de Bode) s −→ 1 1 (2) +s ∆ω sProb. 10 : Projete um um conversor digital/analo´gico discreto com as seguintesespecificac¸˜oes (use componentes comerciais):a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resolu¸ca˜o selecion´avel de 4 a 8 bits .b ) Sa´ıda bipolar sim´etrica ±5 Vc ) Teste em sum simulador.Prob. 11 : Projete um um conversor digital/analo´gico discreto com as seguintesespecificac¸o˜es (use componentes comerciais):a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resoluc¸˜ao seleciona´vel de 4 a 8 bits .b ) Sa´ıda unipolar +10 Vc ) Teste em sum simulador.

Prob. 12 : Utilizando o CI monol´ıtico DAC 0800 projete um conversor digi-tal/anal´ogico com as seguintes especificac¸o˜es (use componentes comerciais): a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resoluc¸˜ao seleciona´vel de 4 a 8 bits . b ) Sa´ıda bipolar sim´etrica ±5 V c ) Teste em sum simulador.Prob. 13 : Utilizando o CI monol´ıtico DAC 0800 projete um conversor digi-tal/analo´gico com as seguintes especificac¸˜oes (use componentes comerciais): a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resolu¸ca˜o selecion´avel de 4 a 8 bits . b ) Sa´ıda unipolar +10 V c ) Teste em um simulador.Prob. 14 : Projete um gerador de sinal tipo rampa baseado nos DACs acima (dis-creto / monol´ıtico) com as seguintes especificac¸˜oes: a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resoluc¸˜ao seleciona´vel de 4 ou 8 bits . b ) Frequˆencia 1 kHz c ) Teste em um simulador.Prob. 15 : Projete um um conversor anal´ogico/digital discreto com as seguintesespecifica¸co˜es (use componentes comerciais): a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resoluc¸˜ao seleciona´vel de 8 bits . b ) Tipo rampa c ) Sinal anal´ogico de entrada unipolar +10 V . d ) Teste em um simulador.Prob. 16 : Utilizando o CI monol´ıtico ADC 080x projete um sistema de con-versa˜o analo´gico/digital com as seguintes especificac¸˜oes (use componentes comer-ciais; desenhe o esquema el´etrico completo; desenhe o diagrama de tempo para aslinhas de controle que podem ser geradas por uma ma´quina sequencial, um pic ouqualquer outro dipositivo como ardu´ıno/raspberry): a ) Dados digitais com n´ıvel TTL com resolu¸c˜ao 8 bits . b ) Sinal anal´ogico de entrada bipolar ±2.5 VProb. 17 : Projete um amplificador na˜o-inversor com ganho aproximadamente 10usando os resistores comerciais mais pr´oximos e fac¸a o que se pede. a ) Desenhe o esquema el´etrico b ) Calcule a resistˆencia de entrada da configurac¸˜ao c ) Calcule a resistˆencia de sa´ıda da configura¸ca˜o d ) Calcule a largura de banda da configura¸c˜ao e compare com as caracter´ısticas mostradas no datasheet.

Prob. 18 : Um estudante resolveu montar o circuito mostrado na fig. 3 mas na˜osoube explicar o resultado e pediu a sua ajuda. Figura 3 Para isso proceda da seguinte forma (responda): a ) Vocˆe conhece a configurac¸a˜o? b ) Qual a sa´ıda esperada? c ) Simule o circuito nas condic¸˜oes: sinal(Sig) bipolar com Vpp = 10 V e f = 1 kHz d ) Simule o circuito nas condi¸c˜oes: sinal(Sig) unipolar com Vpp = 10 V , f = 1 kHz e ) Mude a tensa˜o de alimenta¸c˜ao para VCC = +5 V e repita os passos c e d.Prob. 19 : Para o circuito da fig. 4 fa¸ca o que pede (justifique os resultados). Figura 4 a ) Vocˆe conhece a configura¸c˜ao? Qual o ganho? b ) Qual a sa´ıda esperada? c ) Simule o circuito nas condi¸c˜oes: sinal(Sig) bipolar com Vpp = 10 V e f = 1 kHz d ) Simule o circuito nas condic¸˜oes: sinal(Sig) bipolar com Vpp = 4.5 V e f = 1 kHz e ) Repita os passos c e d com sinal(Sig) unipolar. f ) Este circuito pode funcionar como ampificador inversor c.c e c.a. ?

Prob. 20 : Fac¸a o que se pede para as configura¸co˜es abaixo (justifique os resulta-dos): a ) Simule o circuito da fig. 5. Varie a carga RL. O que vocˆe observa? Perde linearidade? b ) Simule o circuito da fig. 6. Varie a carga RL. O que vocˆe observa? Perde linearidade? Dˆe um zoom na passagem pelo zero da tensa˜o sobre RL (expli- que). c ) Simule o circuito da fig. 7. Varie a carga RL. O que vocˆe observa? Perde linearidade? Dˆe um zoom na passagem pelo zero da tensa˜o sobre RL (expli- que). d ) Qual o papel dos transistores de sa´ıda.

Figura 5Figura 6Figura 7

Figura 8: Microelectronics : circuit analysis and design / Donald A. Neamen. 4th ed.

Figura 9: Microelectronics : circuit analysis and design / Donald A. Neamen. 4th ed.

Figura 10: Microelectronics : circuit analysis and design / Donald A. Neamen. 4th ed.