Instrumentacao 2009 Instrumentacao Electronica · -Vr fim de contagem N1 reset Vx V3 Conversor A/D...

Electrónica de Instrumentação

© Jorge Guilherme 2008 #1

Instrumentação Electronica



Multimetro de bancada

Multimetro analogico

Multimetro digital



Erro = % da leitura + ultimo digito

Ex: 1 digito = 1mV



Multimetros analogicos Amperimetro

VoltimetroOhmímetro



Multímetros electrónicos



A medição de RX faz-se por comparação com uma resistência de referência

Calibre 1 = U = U (maxima tensao que pode ser convertida)

ex: U = 3V max E

E

1 max

max↵

Calibre 2 = U =R + R + R

R + R.U > Umax

1 2 3

2 3E max2 max 1

Calibre 3 = U =R + R + R

R. U > Umax

1 2 3

3E max3 max 2



Multímetros electrónicos

Q1Vi

+Vcc

Rs

Rm

FSD

Vbe

Im

Ib

43421Erro

RmRsVbe

RmRsVi

RmRsVbeVi

++++−−−−

++++====

++++−−−−====Im

ββββIm≈≈≈≈Ib

)( RmRsIbVi

Ri ++++======== ββββ

para 1>>>>>>>>ββββ



Compensação de Vbe

Q1Vi

+Vcc

R2 R3

FSD

Im

Ib

R1Rs Rm

V1 V2

Q2

R4

R5

R6

-Vcc

RmRsVi

ViVVVbeV

VbeViV

RmRsVV

++++====

====−−−−

−−−−====−−−−====

++++====−−−−

Im

212

1

)Im(21

Q1

Vi

+Vcc

R2 R3

FSD

Im

Ib

R1Rs Rm

V1 V2

Q2

R4

R5

R6

-Vcc

Zi

Voltímetro com FET na entrada

∞∞∞∞→→→→>>>>>>>>

Zi

ZiZi bipolar

Vin max 25VVin min 100mV



Q1Vi

Re

FSDIm

Ib

R1

Rs Rm

V1 V2

Q2

-Vcc

R2

Rc Rc

+Vcc

ajuste zero

Ro

Amplificação para sinais fracos < 100mV

Vi

Ra

Rb

Rc

Rd

Rs+Rm

FSD

atenuador entrada

R1

R2

Voltímetro electrónico



Rm

FSD

R3

ViIm

Conversor tensão corrente

3Im

RVi====

Rm

FSD

R3

V1Im

Rs

I

3Im

RRs

I====

Sensor de corrente



Vo

RRV1

V2

R1

R2

R2

R R

R R

Vo2

Vo1

Amplificador de instrumentação

IR

VVI R ====

−−−−====1

211

(((( ))))

1122

221212

222

2112

1211

++++====

−−−−−−−−====−−−−====−−−−====

−−−−++++====++++====

RR

Av

IRVVVoVoVo

IRVVo

VVRR

VIRVVo



Amplificador de isolamento-Aplicações médicas-Medidas em alta tensão-Isolamento 1-6kV

V+

V- Vo

+Vcc

-VccV1-

V1+



Aplicação num monitor de electrocardiograma

Medição de temperatura



Rm

FSD

Rs

ViIm

Rectificação de meia onda

RsVi====Im

Rm

FSD

Rs

Vi

Rectificação de onda completa



Rectificadores de precisão

R1

ViVo

R2

V2 D

Vx

Rectificador de meia-onda não inversor

Vi > 0 �� D conduzVo=V2-Vd

211

12

111

211

)(2

1

RRR

RR

ViA

VdVi

AA

Vo

VoAVdAViRR

RAVoVdAViVo

VdAVxAViVo

VxViAV

++++====

++++≈≈≈≈++++

−−−−++++

====

−−−−−−−−====++++

−−−−−−−−====

−−−−−−−−====−−−−====

>>>>>>>>

ββββ

ββββββββ

ββββ

321

Vi < 0 �� D corteVo=0

Nas alternâncias negativas: Ampop sem realimentaçãoVx=0 V2=-Vcc ampop saturado

R1

ViVo

R2

V2 D1

Vx

D2R3

τ-Vcc

Vi

SrVcc====ττττ

Para não existir distorção

SrVcc

f>>>>>>>>1

Sr – Slew rate

Para o ampop não saturar, realimentar também nas alternâncias negativas

∞∞∞∞====←←←←====⇒⇒⇒⇒<<<<

++++====⇒⇒⇒⇒>>>>

RLViVoVi

RR

ViVoVi

0

12

10



ViVoV2 D1

D2

R2

R3

R1

Rectificador de meia-onda inversorVi > 0 �� D1 on, D2 off

ViRR

Vo12−−−−====

Vi < 0 �� D1 off, D2 on

013

22

0

>>>>++++====

====

ViRR

VdV

Vo

Vi

Vo

Rectificador inversor positivo

Vi

Vo

Trocando a posição dos diodos obtemos um rectificador inversor negativo



Vi Vo

D1

R

R

R

RRV2

V1

D2

Vi

Vo

V1

V2

V0

Rectificador de onda completa

Vo=-(V2-V1)

Percurso semelhante nas duas alternâncias

Vi Vo

D1

R

R

R

RRV2

V1

Vi Vo

D2

R

R

R

RRV2

V1

V3=V1

Resistencias em paralelo

ViVVo

ViV

VonDVi

====−−−−====−−−−====

====⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒>>>>

2

2

01 10

ViVR

RVVo

ViR

RRViVonDVi

−−−−========

++++====

−−−−====

−−−−====⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒<<<<

123

211

322//

1 20



Instrumentação Digital



Instrumentação digital

P

N

a

b

c

d

e

f g

LED

a gb c d e f

+VccAnodo comum

Vd ≅ 1.2VId ≅ 20mA

RIC

open colector

+Vcc

LED

R

IC

+Vcc

LED

cristal

vidro

espelho

activo

Luz

LDC – Cristal liquido

Vg ≅ 8V onda quadrada 60HzIg ≅ 300µA



LDC – Cristal liquido



Divisor por 2

Flip-Flop D



Contador Binario 3 estados



Contadores digitais

ck

D Q

Qn

ck

Qt

t

Contador por 2

ck

D Q

QnR ck

D Q

QnR ck

D Q

QnR ck

D Q

QnR

Q0 Q1 Q2 Q3

pulso fim de contagem

Contador de década (10)

3 2 1 0 ck0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 2

1 0 0 0 81 0 0 1 91 0 1 0 100 0 0 0 0

reset



contador

decada

ck

Q3 Q0

conversor

BCD

Digito

7 segmentos

%10

BCD

%10

BCD

%10

BCD

%10

BCD

ck

Flip- Flop

1 9 9 9 9

Contador genérico



ck%10 %10 %10

E1 E2 E3

%10

En

BUS BCD

BUS

E1 E2 E3 E4

Multiplexagem

E1 E2 E3

t



Exemplo de um voltimetro digital



Osc

Display

Contadorresetoscilador

em rampa

Vr

ViVo

Conversor analógico digital ADC em rampa

Vi

Vr

Vot1 t2

21

)21(

ttTTVr

k

ttkVr

++++====

====

++++====

TVrVi

t

tTVr

Vi

====

====

1

1

TckT

VrVi

N

FckVrVi

NNTckTVrVi

t

NTckt

⋅⋅⋅⋅====

====⇒⇒⇒⇒========

====

1

1

Vx R

Vr

C

∫∫∫∫−−−−====t

dxxVxRC

Vr0

)(1



Vo

R R R

2R 2R 2R 2R

2R

D C B A

Conversor D/A Digital Analógico R-2R

(((( ))))16

248Vi

ABCDVo ++++++++++++====

VmaxVi∆V

Out

2 -1N

12max

−−−−====∆∆∆∆ N

VV

ConversãoA/D Precisão voltímetros digitais

Precisão = % leitura + último digito(% rdg +1)

Ex:

V=1.800V (0.5% +1)Erro=0.5% de 1.8V + 0.001V



Osc

Display

Contador

V2

C

R

V1

Vi

-Vr

fim de contagem

N1

reset

Vx

V3

Conversor A/D em dupla rampa

V1

V2

t1 t2

α1 α2

Vp

1

)(1

10

tRCVi

Vp

dttVxRC

Vt

−−−−====

−−−−==== ∫∫∫∫

RCVr

RCVi

====

−−−−====

2

1

αααα

αααα21 t

RCVr

tRCVi ====

====

====

========

VrViN

N

VrNTckTckViN

NTckt

TckNt1

1

2

11

Conversão só depende da precisão de VrN1 é o modulo do contador

Circuito utilizado nos voltímetros digitais



Conversor A/D em dupla rampa



ICL 7126



R1

R2

R3

Vin 2V

20V

200V

Vb

autorange

comparador

Vr

10M

100pF

pFMZi 100//10≈≈≈≈

conversorRMS

DC

AC

RMS

Vi

ADconversor

Interface de entrada



Frequencimetro



Osc

Display

ContadorN1

schmitttrigger

Vin

amp

V1

V2

V3

reset

Frequencimetro digital

1s

V1

V2

V3

Base de tempo

1s

100ms

10ms

1ms

V2Precisão �� ±±±± LSD ±±±± erro base de tempo



Reciprocal counting e Medição de período

Osc

Display

ContadorN1

schmitttrigger

Vin

amp

V1

V2

V3

reset1s

V2

V1

V3

Base de tempo

100us

10us

1us

100ns

V2

Precisão superior para frequências baixas. Permite a medição do período directamente



Display

ContadorN1

schmitttrigger

Vin1

amp

V1

V2

V3

reset

schmitttrigger

Vin2

amp

Medição de rácio de frequências e tempo entre pulsos

Display

ContadorN1

schmitttrigger

Vin1

amp

V1

V3

reset

schmitttrigger

Vin2

amp

OscV2

S

R

Rácio de frequências Tempo entre pulsos

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