Projetos com Amplificadores Operacionais
3) Projete um circuito cuja saída seja uma onda quadrada com amplitude fixa. Esta onda deve ter valor máximo de 5 V e mínimo de 0 V . Utilize Amp Ops, uma fonte senoidal de amplitude 15 V e frequência de 1 Hz e resistores/potenciômetros/capacitores que achar necessário.

Passo 1

O objetivo é pegar uma onda senoidal de amplitude 15 V (pico) e frequência 1 Hz e transformar numa onda quadrada com níveis fixos de 0 V (mínimo) e 5 V (máximo). O conteúdo envolve:
– Geração de onda quadrada a partir de seno usando um comparador (amplificador operacional saturado).
– Escalonamento e deslocamento de nível (level shift) do sinal saturado ( \pm 15 V) para o intervalo [0,5] V usando um amplificador diferencial.

Passo 2

Use um amplificador operacional como comparador simples com referência em 0 V. Ligue o sinal senoidal na entrada não inversora (+) e terra na inversora (-). Alimente este comparador em \pm15 V, de modo que sua saída V_{\rm comp} saturará aproximadamente em
V_{\rm comp} = \begin{cases} +15\text{ V},& \text{se }v_{\rm in}>0,\\\\ -15\text{ V},& \text{se }v_{\rm in}<0. \end{cases}

Passo 3

Para converter V_{\rm comp}=\pm15 V no nível desejado [0,5] V, use um segundo op amp em configuração de amplificador diferencial unitário com ganho 1/6. A fórmula do ganho diferencial é
V_{\rm out} = \frac{R_2}{R_1}\,\bigl(V^+ - V^-\bigr).
Conecte:
V^+=V_{\rm comp}.
V^- = -15\text{ V} (referência fixa).
Escolha resistores iguais em cada perna do diferencial, por exemplo
R_1 = 6\,\text{k}\Omega,\quad R_2 = 1\,\text{k}\Omega.
Então
V_{\rm out} = \frac{1\,\text{k}}{6\,\text{k}}\bigl(V_{\rm comp}-(-15)\bigr) = \frac{1}{6}\bigl(V_{\rm comp}+15\bigr).

Passo 4

Verifique os níveis finais:
  • Se V_{\rm comp}=+15 V, V_{\rm out}=\frac{1}{6}(15+15)=5\text{ V}.
  • Se V_{\rm comp}=-15 V, V_{\rm out}=\frac{1}{6}(-15+15)=0\text{ V}.
Portanto o circuito inteiro gera exatamente uma onda quadrada 0\to5 V a 1 Hz.

Passo 5

Resumo dos componentes e ligações:
1. Amp Op 1 (comparador):
– Alimentação: \pm15 V.
+ recebe a fonte senoidal 15\sqrt{2}\sin(2\pi\cdot1t).
em 0 V.
2. Amp Op 2 (diferencial):
– Alimentação: \pm15 V.
– Resistores: R_1=6\,\text{k}\Omega, R_2=1\,\text{k}\Omega em cada braço (total 4 resistores, dois iguais a R_1 e dois iguais a R_2).
– Entrada não inversora: V^+= saída do comparador.
– Entrada inversora: V^-=-15 V.

Resposta

O circuito com Amp Op 1 como comparador \pm15 V \to \pm15 V, seguido de Amp Op 2 em modo diferencial com R_1=6 k \Omega e R_2=1 k \Omega e referência -15 V, gera uma onda quadrada de 0 V a 5 V a 1 Hz.

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