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Amplificador Operacional
Aula 10:  Comparadores de Nível
Referencia
UTILIZANDO ELETRÔNICA COM AO, SCR, TRIAC,SCR,555  Albuquerque e Seabra

1. Comparador de nivel inversor
   Num comparador de nível a tensão de entrada,Ve, é comparada com uma tensão de referencia  VR, Figura 1.   Se  Ve> VR  a saída.  será -VCC  e se  Ve< VR  a saída. mudará para +VCC. Teoricamente se  Ve =  VR  então a saída  será nula, porem devido ao altíssimo ganho do AO  basta que Ve   seja alguns décimos de mV maior ou menor que  V  para a saída mudar para -VCC ou para +VCC


     
                                            ( a )                                                                  ( b )                                                                                    ( c )

Figura 1 -  ( a ) Comparador de nível inversor ( b ) curva característica de transferência  ( c ) formas de onda de entrada e saida
            Fonte: Multisim v.14


Exercício resolvido 1
Desenhar o gráfico da tensão de saída em função do tempo ( Vsxt ) para o circuito .

Dados: Ve= 5sen(wt) (V)               Vsat(+) = +12 V  Vsat(-) = -12 V




Solução: Calculemos primeiramente  a tensão de referencia   VR (tensão na entrada não inversora ).

Como é um divisor de tensão: V+=VR=  2k.12V/(10k+2k)= 2 V

Então  se     Ve< 2V a saída será alta ( +12V ) e quando Ve >2V  a saída será baixa ( -12V ) ou graficamente. Em vermelho é a tensão na saida e em preto a senoide de entrada.




2. Comparador de janela
      Este circuito também é chamado de comparador de  faixa ou detetor de faixa,  e dá uma tensão negativa ou nula  na saída quando a entrada estiver dentro de uma determinada faixa de  valores, e dá uma saída positiva quando fora da faixa, Figura  2. Na pratica podemos associar, através de transdutores, um valor de  tensão à uma grandeza fisica (nivel, temperatura, pressão,  luz, etc), desta forma é possível construir um circuito que detecte  se a temperatura de um determinado processo se encontra dentro de uma faixa  pré estabelecida.
   Por exemplo,  se a grandeza a ser comparada é temperatura, a tensão Ve é  obtida num divisor de tensão que tem um termistor (PTC ou NTC). Enquanto  a temperatura estiver dentro de uma determinada faixa a saída será  zero e nada acontece, porém se a temperatura sair da faixa, a saída  muda para nível alto e um alarme soa.

                                 ( a )                                                                                                               ( b )
Figura 2 - Comparador de janela ( a ) circuito ( b ) grafico da saida em função da entrada


2. Experiência: Comparador de nível
2.1. Abra o arquivo ExpAO_27   Comparador de Nivel Inversor e identifique  o circuito da Figura 3. Com a chave na posição A a tensão de referencia, VR,  vale aproximadamente  2 V. Na posição B voce pode variar a tensão de referencia variando o valor da resistencia variavel Rv. Ve esta ajustada, inicialmente, em 5Vpico/senoidal/1 kHz. Esta tensão é comparada com VR

Figura 3 - Comparador de nivel para experiencia
Fonte: Multisim V.14


2.2.  Indique os valores calculados e medidos.

Chave   em A:           Calculado:   VR  = _________ Medidos: VR  = ______

Chave    em B    Rv no maximo (10k):          Calculado:   VR = _________ Medidos: VR = ___________

                         Rv no minimo (0k):             Calculado:   VR = _________ Medidos: VR = ___________
                     
                      Rv no meio  (5k):             Calculado:   VR = _________ Medidos: VR = ___________

2.2  Para cada valor do item 2.2.   o que acontece  com a onda quadrada de saída se a tensão de referencia aumenta ?

2.3. Abra o arquivo ExpAO_28  Comparador de janela e identifique o circuito da Figura 6, comparador de janela.  Calcule quais são os valores de tensão que  determinarão a janela (VR2 e VR1). Anote na tabela 1. Anote  esses valores como  VR2  (valor máximo) e VR1 (Valor mínimo). Inicie a simulação e meça os valores de transição inferior (VR1) e superior (VR2) anote na tabela 2 e para isso varie a resistencia variavel (quesimula um sensor) usando a letra A (maiuscula) e a letra a (miniscula) do teclado.


Figura 4 - Comparador de janela para experiencia


Tabela 1 - Comparador de janela - valores de transição
Tensões             de Transição
Calculados
Medidos
VR2
VR1
VR2
VR1



2.4. Meça a tensão na saida dos AOs para cada faixa de valores de entrada ( Ve<VR1, VR1<Ve<VR2 e Ve>VR2). Anote esses valores na tabela 2.
Tabela 2 - Valores medidos das saidas para cada faixa
Ve<VR1
VR1<Ve<VR2
Ve>VR2
Vs1Vs2
Vs1
Vs2
Vs1
Vs2



2.5. Abra o arquivo    ExpAO_28_Comparador_de_janela_senoidal    e identifique o circuito da Figura 5. Inicie a simulação anotando as formas de onda de entrada (Ve) e saida (Vs). Verifique se as formas de onda estão de acordo com o funcionamento do circuito.


Figura 5 - Comparador de janela com entrada senoidal

2.6. Escrevas as suas conclusões
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