Dobrador de Frequência

[aphawk]

@MOR,

Você também achou o mesmo que eu.... Usando no máximo ampops e Fets, é bem complicado !

Paulo

[donniedarko]

O enunciado é:

O objetivo desse projeto é construir um circuito que aceite em sua entrada uma onda triangular simétrica e produza em sua saída uma outra onda triangular simétria, porém de frequência igual ao dobro da frequência da onda de entrada.

Assuma que na entrada do circuito é aplicada uma onda triangular simétrica de amplitude A, onde A pode variar de 0 a 10 Volts, e frequência f, onde f pode assumir apenas três valores: 100Hz, 1kHz ou 10kHz. A saída deverá ser, *no regime permanente*, uma onda triangular de amplitude A e frequência 2f.

Observe que não se sabe a priori o valor da frequência f e nem o valor da amplitude A, então o circuito deve ser capaz de "detectar" esses valores sozinho.

Vocês podem usar:

- AmpOps e comparadores

- Resistores de qualquer valor até 1Mohm

- Capacitores de qualquer valor até 1mF

- Indutores de qualquer valor até 100mH

- Duas fontes de tensão de 20V

- Diodos

- Transistores de Efeito de Campo (FET)

___

Eu ainda estou omitindo a outra parte que é:

O circuito deve ter, também, 3 LEDs. Por exemplo, um verde, um amarelo e um vermelho. Cada um deles deve acender para cada uma das 3 frequências possíveis da onda de entrada - por exemplo, se a entrada tiver frequência 10 KHz, apenas o verde deve acender. Na ausência de entrada todos os LEDs devem estar apagados.

___

 

Bem, é isso.

[MOR_AL]

Olha!

Eu pensei em uma solução (para este Projeto Maluco), mas é meio complicado. De qualquer modo segue o diagrama.

Obs.: O Ou Exclusivo tem que ser feito com transistores e operacional.

 

http://www.4shared.com/download/vzOpGau_ce/Projeto_Maluco.jpg?lgfp=3000

 

Em tempo:

Já fiz um PLL discreto e não é simples e é até complicado. Teu professor é fominha... A solução vale TODOS OS PONTOS DA PROVA!!!

 

Tem este também!

http://www.4shared.com/download/etaYyPCnba/ProjetoMaluco2.jpg?lgfp=3000

 

 

MOR_AL

[Felipe Electronic]

Um PLL resolveria fácil o problema programando o divisor para um fator de 2, e com o uso de um VCO com saída triangular, o VCO é fáctivel com amplificadores operacionais, para comparar as fases  e acertar o filtro de loop é etapa que considero mais chatinha.

Outra opção seria integrar o sinal triangular, obtendo uma senóide, assim projetar um PLL seria bem mais fácil, e o sinal de saida senoidal poderia ser submetido a um comparador para obtenção de um sinal quadrado e um posterior integrador obtendo o sinal triangular.

Apesar do circuito talvez ficar um pouco menor, se pensarmos em blocos, cada bloco é bem mais simples de projetar certo?

Abs.


 

[mroberto98]

O MOR já apresentou duas maneiras muito simples!

Eu faria mais ou menos como o MOR:

defasar a onda da entrada em 90°, e comparo com a sem defasamento, gero então uma de frequencia dobrada! A partir dessa eu integro e gero a triangular... Depois um circuito que ajuste a amplitude conforme a da entrada...

Ou:

Um PLL, com um VCO, sendo comparado com a frequência da entrada, resultaria em um pwm, que dai eu tiraria uma media para controlar o próprio vco, uma elo feito, que travaria o vco trabalhando no dobro da frequência da entrada, gerando na comparação um sinal com a mesmo frequência que na entrada, porém defasada em 90° e com largura próxima fe 50%... Sera travado nisso, se o vco sair da frequência, a largura do sinal sera mudada, corrigindo o vco...

A partir da frequência dobrada gerada, transformo em uma triangular e controlo a amplitude para que seja igual a da entrada!

É so um exemplo pra ter ideia!

[aphawk]

@donniedarko, @mroberto98, @MOR, @

 

Achei um caminho mais fácil, veja o que vocês acham.

 

Tem dois truques no enunciado :

 

1 - Não se falou em nenhum lugar em FAZER UM DOBRADOR DE FREQUÊNCIAS ! 

 

É como se fosse uma caixa preta, em que na entrada se aplica uma de três frequências, e na saída se tem o dobro de uma dessas três frequências,

 

2 - O enunciado deixa claro que ele quer a saida "em regime normal" , ou seja, está assumindo que durante um pequeno tempo existe um funcionamento "irregular" do circuito, e que após esse tempo, tem de existir a tal de forma de onda com frequência igual ao dobro da primeira, triangular, e com a mesma amplitude.

 

3 - O enunciado também pede algum tipo de detecção da frequência, acionando um Led correspondente.

 

Então , resolvendo em blocos :

 

a - Um circuito detector de pico, com ampop, que vai dar na saída qual o nível máximo da onda na entrada. Fácil

 

b - Três filtros passa-banda sintonizados, com dois ou mais ampops, cada um sintonizado em uma das frequências de entrada, com retificador na saída, acionando um mosfet com um Led , indicando que temos uma das três frequências. Fácil

 

3 - Um gerador de ondas triangulares ( 555 ? ) cujo capacitor que determina a frequência seja selecionado por um Mosfet, que é acionado pelo mesmo circuito que acende o Led correspondente . Fácil

 

4 - Outro circuito detector de pico, para detectar o pico da forma de onda gerada na saída do circuito. Fácil

 

5 - Agora, a parte mais, digamos, difícil : Um circuito de controle automático de ganho, o qual analiza os dois niveis DC gerados pelos dois circuitos detectores de nível, e que corrija a amplitude da onda triangular gerada para termos a mesma amplitude ( mesmo nivel de pico ). Médio

 

Isto é uma caixa preta, que atende às condições do enunciado. Ou seja, escapamos de ter de criar um dobrador de frequências com forma de onda triangular simétrica, que envolve integradores, usando um simples gerador triangular.

 

Que que vocês acham ?

 

atualizaçao : tudo acima funcionou direitinho, exceto o gerador triangular... acabei fazendo tres geradores independentes, cada um usando dois ampops, e ficou uma beleza. Os detetores funcionam com sinal de 1V minimo até 10V, mas posso pegar a partir de uma tensão menor se necessário.

 

Agora empaquei na ultima parte :  como fazer a saída dos geradores ter exatamente a mesma amplitude máxima do sinal de entrada ????

 

Lembrando que tenho dois detetores de pico que indicam a amplitude tanto do sinal de entrada como a do sinal de saida. Preciso de algum tipo de AGC ou VCA.....

 

Sugestões ?

 

 

Paulo

[MOR_AL]

@donniedarko, @mroberto98, @MOR, @

 

Achei um caminho mais fácil, veja o que vocês acham.

 

Tem dois truques no enunciado :

 

1 - Não se falou em nenhum lugar em FAZER UM DOBRADOR DE FREQUÊNCIAS !  Mas falou que as ondas eram simétricas, o que tende a deduzir que é para fazer o dobrador...

 

É como se fosse uma caixa preta, em que na entrada se aplica uma de três frequências, e na saída se tem o dobro de uma dessas três frequências, OK!

 

2 - O enunciado deixa claro que ele quer a saida "em regime normal" , ou seja, está assumindo que durante um pequeno tempo existe um funcionamento "irregular" do circuito, e que após esse tempo, tem de existir a tal de forma de onda com frequência igual ao dobro da primeira, triangular, e com a mesma amplitude. OK!

 

3 - O enunciado também pede algum tipo de detecção da frequência, acionando um Led correspondente.

 

Então , resolvendo em blocos :

 

a - Um circuito detector de pico, com ampop, que vai dar na saída qual o nível máximo da onda na entrada. Fácil

 

b - Três filtros passa-banda sintonizados, com dois ou mais ampops, cada um sintonizado em uma das frequências de entrada, com retificador na saída, acionando um mosfet com um Led , indicando que temos uma das três frequências. Fácil O professor deveria ter informado o valor mínimo da tensão triangular. Não existe ZERO! A partir de quanto é considerado ZERO de amplitude? 1V, 0,1V, 0,001V, 0,00000001V? Essa parte está mal formulada.

 

3 - Um gerador de ondas triangulares ( 555 ? ) cujo capacitor que determina a frequência seja selecionado por um Mosfet, que é acionado pelo mesmo circuito que acende o Led correspondente . Fácil O 555 Não deve ser usado. Não faz parte das especificações, mas nada que impeça criar ondas triangulares perfeitas com um operacional e um comparador.

 

4 - Outro circuito detector de pico, para detectar o pico da forma de onda gerada na saída do circuito. Fácil

 

5 - Agora, a parte mais, digamos, difícil : Um circuito de controle automático de ganho, o qual analiza os dois niveis DC gerados pelos dois circuitos detectores de nível, e que corrija a amplitude da onda triangular gerada para termos a mesma amplitude ( mesmo nivel de pico ). Médio O fet pode ser usado como resistor variável, desde que VDS seja baixo (algo até 1V). Ele pode fazer parte de um operacional com ganho, substituindo o resistor da entrada negativa ao terra. Os dois detetores de nível (da onda triangular original e da obtida) entram em um operacional, amplificador de erro. Esta tensão de saída, devidamente escalada, pode ser usada no controle do fet. Isso tem em ambos circuitos que eu fiz.

 

Isto é uma caixa preta, que atende às condições do enunciado. Ou seja, escapamos de ter de criar um dobrador de frequências com forma de onda triangular simétrica, que envolve integradores, usando um simples gerador triangular.

 

Que que vocês acham ?

 

atualizaçao : tudo acima funcionou direitinho, exceto o gerador triangular... acabei fazendo tres geradores independentes, cada um usando dois ampops, e ficou uma beleza. Os detetores funcionam com sinal de 1V minimo até 10V, mas posso pegar a partir de uma tensão menor se necessário.

 

Agora empaquei na ultima parte :  como fazer a saída dos geradores ter exatamente a mesma amplitude máxima do sinal de entrada ????

Comentei anteriormente!

Lembrando que tenho dois detetores de pico que indicam a amplitude tanto do sinal de entrada como a do sinal de saida. Preciso de algum tipo de AGC ou VCA.....

 

Sugestões ?

 

 

Paulo

 

 

Hoje não tenho tempo, mas me veio uma ideia que simplifica tudo.

1 - Multiplique por dois (dobre) a amplitude da onda triangular original (V1). Vai obter a onda V2 = 2xV1.

2 - Com a onda V2 entre em um operacional que:

Se V2 for menor que a tensão de pico de V1, a saída tem ganho 1.

Se V2 for maior que a tensão de pico de V1, a saída tem ganho invertido (-1), somado com um nível cc igual a amplitude de V1..

A frequência dobra e a amplitude fica igual a da original.

MOR_AL

[mroberto98]

@MOR, @aphawk

eu sempre achava que usando transistores, bipolares ou fet como um resistor ajustavel para controlar o ganho do opamp, distorceria o sinal...

O bipolar eu tenho absoluta certeza que distorce pois ele não assume uma resistencia fixa com tal polarização, mas sim assume uma corrente de coletor fixa.

Ja o fet eu não sei exatamente...

Sei polarização dele etc... Que o controle dele é feito com o gate mais negativo que o source (como na valvula)...

[aphawk]

Hoje não tenho tempo, mas me veio uma ideia que simplifica tudo.

1 - Multiplique por dois (dobre) a amplitude da onda triangular original (V1). Vai obter a onda V2 = 2xV1.

2 - Com a onda V2 entre em um operacional que:

Se V2 for menor que a tensão de pico de V1, a saída tem ganho 1.

Se V2 for maior que a tensão de pico de V1, a saída tem ganho invertido (-1), somado com um nível cc igual a amplitude de V1..

A frequência dobra e a amplitude fica igual a da original.

MOR_AL

Boa ideia.... estou pensando em como fazer isso com os op amp e comparadores, mas também não é fácil não .....

@mroberto98,

Usando um fet polarizado inversamente, ele se comporta como um resistor linear em uma boa faixa de valores, mas apenas enquanto essa tensão é bem baixa.

Mas hoje mesmo enquanto pesquisava os AGC encontrei um circuito que usa um op amp para compensar a linearização desse Fet em uma faixa maior, e consegue 50 db de atenuação controlado linearmente por uma tensão entre 0 e 5 Volts .... Sinceramente, só montando meamo porque achei muita coisa também !!!

Tive uma outra ideia para fazer a forma de onda triangular na saída ser proporcional à da entrada, mas a ideia do Mor parece bem legal. Só precisamos bolar como controlar a inversão ou não do sinal....

Paulo

[aphawk]

@mroberto98, @MOR, @donniedarko

Creio que é exatamente a ideia do Mor :

http://www.edn.com/design/other/4350731/EDN--03-14-96-Frequency-doubler-operates-on-triangle-wave

Muito mais simples do que pensei.... Mas acho que teremos de fazer o acoplamento da onda em AC...

Paulo

[mroberto98]

@aphawk

Essa não linearidade da resistência do fet, é em relação a tensão de gate?

Se o fet assumir uma resistencia entre dreno e source, essa resistencia pode variar conforme a tensão sobre o dreno varie?

Se variar vai distorcer mesmo a triangular...

[aphawk]

@mroberto98,

 

Não, a resistencia entre dreno e source é que varia em relação à tensão do gate, quando polarizado inversamente.

 

Veja este exemplo :

 

http://www.eletronica.com/img/agc-de-audio.gif

 

 

@donniedarko,

 

Consegui fazer, simulado perfeitamente no Proteus 8. A ideia salvadora veio do MOR, valeu !!!!!

 

Agora, por favor, tem de pagar uma rodada de chopp prá nossa turma aqui, já que eu ví que voce fez a mesma pergunta até em site de engenharia eletrônica nos USA 4 DIAS ATRÁS e ninguém te ajudou em nada !!!!

 

Paulo

[MOR_AL]

@mroberto98,

 

Não, a resistencia entre dreno e source é que varia em relação à tensão do gate, quando polarizado inversamente.

 

Veja este exemplo :

 

http://www.eletronica.com/img/agc-de-audio.gif

 

 

@donniedarko,

 

Segue o seu circuito prontinho, simulado no Proteus 8. A ideia salvadora veio do MOR, valeu !!!!!

 

Agora, por favor, tem de pagar uma rodada de chopp prá nossa turma aqui, já que eu ví que voce fez a mesma pergunta até em site de engenharia eletrônica nos USA 4 DIAS ATRÁS e ninguém te ajudou em nada !!!!

 

Paulo

 

Paulo.

Não consegui abrir o arquivo CIRCUITO1.pdsprj

Como se abre ele?

O pulo do gato da minha ideia é o tal operacional com ganho mais 1, ou exclusivo, menos 1.

Já vi um circuito que faz isso, mas não me lembro como era e nem onde procurar, pois não imagino a palavra chave.

Bolei um circuito que faz isso, mas com duas chaves (fets) meio que complicado.

Basicamente seria um amplificador operacional com 4 resistores de mesmo valor.

A tensão triangular (V1) vai a dois resistores. Cada um para uma das entradas do operacional.

Da entrada positiva sai outro resistor ao terra e da entrada negativa sai outro resistor à saída do operacional.

A tensão de saída V0 seria:

V0 = + V1 - V1

Isso obviamente daria zero, mas as contribuições +V1 e -V1 são multiplexadas no tempo. +V1 enquanto valer menos de V1 de pico / 2 e -V1 enquanto valer mais que V1 de pico / 2.

Como no último caso a tensão seria negativa, tem que se somar V1 de pico / 2, para shiftar o sinal.

Vou procurar um nome para a busca no Google e cer se acho o tal circuito.

MOR_AL

[aphawk]

@MOR,

 

Oi, o arquivo é do Proteus 8, não abre com o 7.10 ..... mas voce pode baixar a versão demo do Proteus 8 no site da Labcenter, e abrir com ele, vai poder ver, mudar, simular, etc, mas só não vai conseguir salvar, ok ? Já que comprei ele, tenho de usar ! O ISIS é muito parecido com o da versão 7.

 

Sim, eu me lembrei do circuito quando voce descreveu o funcionamento, é o retificador de onda completa de precisão, achei ele aqui :

 

http://www.solidfluid.co.uk/sfsite.php/0000030F

 

Só tive de alterar o amp op pois em 10 Khz tava caindo muito a amplitude por falta de ganho de banda passante.

 

Mas sua ideia de quando retificar a onda ia rebater, dobrando a frequência e mantendo a amplitude foi fantástica !

 

Tive de acoplar o sinal via AC para poder gerar o rebatimento com a mesma amplitude, ficou perfeito !

 

Paulo

[MOR_AL]

Legal Paulo.

Ainda não vi seu circuito, mas acredito no seu projeto.

Na verdade imagino que lá se encontre todo o circuito.

Não gostaria de apresentar o circuito, pois é um trabalho para aprendizado.

Acho que auxiliar na ideia seria justo e suficiente, afinal assim o autor do tópico poderia terminar o trabalho e aprender com ele.

MOR_AL

[aphawk]

@MOR,

 

Você está certo. Afinal, é para aprender, não pegar pronto....

 

Acho que com as dicas que já foram dadas e o link que passei por último já irão ajudar muito o nosso amigo a fazer.

 

Paulo

[donniedarko]

@aphawk, @MOR, @mroberto98

 

Realmente, muito obrigado!! Estou devendo a todos vocês, uma rodada de chopp talvez hahaha

 

Não só pelo trabalho propriamente dito, aprendi bastante também procurando a solução e os observando, já que sabem mais que eu.

 

Muito obrigado mesmo!!

[aphawk]

@donniedarko,

Opa, hehehe, quem sabe um dia a gente reune a turma prá tomar esse chopinho !!!!

Agora, use o ultimo link que postei, vai encontrar uma pequena dificuldade .... Mas vai perguntando se precisar, ok ?

Vai pondo no Proteus, e vendo o resultado , assim fica bem mais simples ....

E uma ultima dica : 20 volts é muito para vários ampops.... Use 3 diodos 1n4001 em série em cada uma das baterias para baixar em tirno de 18 Volts, e não esqueça de colocar dois bons eletrolíticos tipo 100uF para ter uma baixa impedância na alimentação dos circuitos.

Um abraço.

Paulo