Circuito de Condicionamento de Sinais

[Gabriel Florencio Correia]

Olá, sou novo aqui. Sou estudante de Engenharia Elétrica e estou com um trabalho um pouco difícil para mim, gostaria de uma ajuda

A tarefa é a seguinte:

 

Projetar um circuito de condicionamento do sinal com ganho variável para realizar a leitura de 16 sensores e obter como saída um sinal analógico que será lido por um microcontrolador.

 

Os sensores possuem propriedade resistiva que varia de 2k à 1Mohm.

Como a variação da resistência tem comportamento exponencial e inversamente proporcional à tensão de entrada, temos que:

quando em valores baixos de resistência, o ganho deverá ser alto

quando em valores altos de resistência, o ganho deverá ser baixo

Observações:

não é necessário escolher/determinar o microcontrolador

não é necessário projetar firmware

tensão de alimentação (máx): 3,3V

entrada analógica (máx): 3,3V.

 

Para o ganho variável eu pensei em utilizar um potênciometro. Estou pensando em utilizar amplificadores operacionais mas não sei se uso a configuração de realimentação negativa com entrada inversora ou com a entrada não-inversora. Alguém me sugere algo? Preciso simular um circuito.

 

Desde já agradeço!

[.if]

Na minha concepção artística o ganho e seu controle pode ser o mesmo pra todos independente da resistência (impedância). Um ampop comum tem alta impedância de entrada o que tende a ser viável pra todos... bem pelo menos você não mencionou a frequência que esta sim é um fator complicador na escolha do ampop.

Numa 2a concepção, existe mc que possui ampop na entrada, o que pode sem um facilitador.

 

A não ser que seu professor te desafiou a projetar ampop que varia automaticamente o ganho dependendo da impedância do sinal. Neste caso é de fato mais desafiador. Não devo te ajudar nisso.

 

E finalmente, caso fosse um caso real a dica que daria é usar apenas uma entrada de um mc e colocar multiplexador analógico com 16 entradas algo como 2x cd4051 com controle pelo mc, óbvio...

[aphawk]

@Gabriel Florencio Correia ,

 

Oras, você não pode alterar o sinal, certo ? Então tem de usar a configuração não inversora.

 

Uma impedância de sinal tão baixa quanto 2K já lhe traz complicações ao usar um simples multiplexador analógico como o cd4051. 

Problemas : a impedância de condução do CD4051 é da ordem de 125 ohms, o que para pode dar um erro de mais de 5% quando a impedância do sinal seja da ordem de 2 K. E outro problema : a corrente de fuga quando em OFF é de cerca de 100 pA, o que pode atrapalhar a medida de um outro canal que esteja sendo medido em cerca de 0.1 Volts se ele tiver a impedância da ordem de 1 M.

 

Eu faria a solução com amp ops de entrada tipo FET, com entrada não inversora, tipo Rail to Rail ( alimentação de 3,3V e amplitudes de sinal de 3,3 V ... ) e ganho ajustável. Só não sei se existem amp ops tipo Rail to Rail que funcionem com apenas 3,3V ...... boa pesquisa !

 

Ah, e se quiser que o circuito faça o acondicionamento automático do nivel do sinal, a solução vai complicar bastante, e vai depender muito do tipo do sinal; se ele tiver variações bruscas podendo atingir alta amplitude, vai ter muito trabalho e pesquisa para resolver.

 

Paulo

 

 

[.if]

1 hora atrás, aphawk disse:

complicações ao usar um simples multiplexador analógico como o cd4051. 

Ajustando após a acertada observação do amigo Paulão...

Condicione ou baixe a impedância de cada um com um simples seguidor de tensão, aplique no multiplex antes de capturar pelo mc ... se fosse um caso real, claro.

[MOR_AL]

Em 01/08/2023 às 01:12, Gabriel Florencio Correia disse:

tensão de alimentação (máx): 3,3V

Deve ser dos sensores. Fica difícil se a tensão de alimentação dos operacionais fosse de 3,3v.

1 - 

5 horas atrás, aphawk disse:

Eu faria a solução com amp ops de entrada tipo FET, com entrada não inversora, tipo Rail to Rail

Isso aí, mas com alimentação do operacional um pouco maior, tipo 5V.

Com o sinal entrando pela entrada positiva do operacional, a tensão fornecida pelos sensores não se altera.

O ganho fica a cargo da realimentação negativa pela entrada negativa.

Acho que já te fornecemos todas as dicas. Agora é com você. Pesquise no Google por "Amplificador operacional, ganho não inversor"

MOR_AL

[.if]

14 horas atrás, MOR_AL disse:

difícil se a tensão de alimentação dos operacionais fosse de 3,3v.

Permita-me um derradeiro dedo calejado prático - de novo mais uma vez, caso fosse um caso real: não é nada extremamente difícil um step up pra +V e -V maiores a partir de 3V3 pra corrente baixa, o que supostamente é caso de sensores. Além do +, este 3v3 pode advir de uma maior V que poderia ser usada para tal. .. No caso se fosse bateria ou pilha haveria a questão do consumo que poderia ser contornada com uma alimentação temporária do sensor apenas no momento de sua leitura caso este forneça informação rapidamente e/ou não seja necessária rapidez na aquisição.

 

Devo ter causado congestão do mundo real ao sumido autor kk

Boa sorte.

[Sérgio Lembo]

@aphawk Caro amigo, quero saber em qual loja se abastece. Também sou de São Paulo e para encontrar operacionais são sempre os mesmos. Para JFET os TLxx da Texas com faixa de trabalho bem distantes do Vdd e Vss. Nos bipolares temos o LM358 e assemelhados e para comparador o LM2904 e assemelhados. De alta performance só vi o LM311 com strobe e consumo de 8mA. De baixo offset o OP07 da Texas mas também com boa distância entre o Vdd e o Vss, ótimo para quem não tem pressa (é lerdo) mas de uma estabilidade térmica invejável. Os rail-to-rail de 2 a 5V só os vejo na Mouser e Digikey mas se o amigo souber de algum buraco da Ifigênia onde os encontre compartilhe aqui.