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 enunciado pede um circuito que transforme uma senoide de amplitude \pm15,V e frequência 1 Hz numa onda quadrada com nível alto em 5 V e nível baixo em 0 V. O conteúdo central é usar um amplificador operacional como comparador de sinal (threshold em 0 V) alimentado em 0–5 V, mais um divisor resistivo para atenuar a senoide de \pm15,V para algo dentro da faixa de entrada do amp-op.

Passo 2

Projetamos um divisor resistivo para obter na entrada do comparador uma tensão
V_{att} \;=\;\frac{R_2}{R_1+R_2}\,V_{sig}
onde V_{sig}=\pm15,V. Queremos \pm2{,}5,V em V_{att}, pois assim a comutação ocorre em \pm0 V nos terminais do amp-op alimentado 0–5 V. Logo
\frac{R_2}{R_1+R_2}=\frac{2{,}5}{15}= \frac{1}{6}.
Por exemplo, escolhemos
R_1=100\;\mathrm{k}\Omega, \quad R_2=20\;\mathrm{k}\Omega,
de modo que
V_{att}=\frac{20}{100+20}\,V_{sig}=\tfrac{1}{6}\,V_{sig}\approx\pm2{,}5\text{ V}.

Passo 3

Alimentamos o amplificador operacional com V_{CC}=+5,V e V_{EE}=0,V (usando um modelo rail-to-rail) para que a saída sature exatamente em 0 V e 5 V.
Ligamos o comparador simples assim:
  • Entrada não-inversora ( +) recebe a tensão atenuada V_{att}.
  • Entrada inversora ( -) vai ao terra (0 V).
    Dessa forma, sempre que V_{att}>0 o amp-op satura em +5 V e quando V_{att}<0 satura em 0 V, gerando a onda quadrada desejada.

Passo 4

(Opcional) Se quiser imunidade a ruídos na região de comutação, pode inserir realimentação positiva para histerese: p. ex. um resistor de feedback R_f de saída para a entrada + em série com o divisor, definindo limiares de disparo pequenos. Mas para 1 Hz isso normalmente não é necessário.

Resposta

Use um divisor resistivo R_1=100\,\mathrm{k}\Omega, R_2=20\,\mathrm{k}\Omega para atenuar \pm15,V em \pm2{,}5,V. Alimente um amp-op rail-to-rail em 0–5 V e configure-o como comparador: entrada + em V_{att}, entrada em 0 V. A saída será uma onda quadrada de 0 V a 5 V a 1 Hz.

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