Projecto · Sistema de aquisição de sinal analógico
Contexto
Cada grupo (2–3 alunos) constrói um sistema completo de condicionamento de sinal analógico usando um AOP LM358 ou TL071. O sistema inclui sensor (NTC ou LDR), amplificação, filtro activo e comparador com saída visual (LED). O projecto integra todas as configurações de AOP da UC01996.
Produto final: sistema funcional, calibrado, com medições documentadas e relatório técnico.
Especificações
| Bloco | Requisito mínimo |
|---|---|
| Sensor | NTC (temperatura) ou LDR (luz) |
| Sinal de entrada | 0,1–2 V DC ou AC lento (< 10 Hz) |
| Amplificação | Ganho ≥ 10× (não-inversor ou in-amp) |
| Filtro | Passa-baixo activo 1ª ou 2ª ordem, fc ≤ 100 Hz |
| Saída do filtro | 0–5 V (para leitura de ADC de µcontrolador — opcional) |
| Comparador | Schmitt trigger com LED verde/vermelho (liga/desliga) |
| Alimentação | 9V (pilha) ou fonte de bancada |
| Calibração | 2 pontos documentados |
Fases
Fase 1 · 2h
Especificação e design
- Escolher o sensor (NTC ou LDR) e a grandeza física a medir
- Definir a gama de medição (ex: 20–80°C ou 10–1000 lux)
- Calcular o divisor resistivo do sensor para obter 0,5–2 V na gama de interesse
- Dimensionar o amplificador: tipo (inversor/não-inversor), ganho, resistências
- Dimensionar o filtro passa-baixo: fc, topologia (1ª ou 2ª ordem), R e C
- Dimensionar o Schmitt trigger: limiares de comutação, histerese
- Verificar compatibilidade de alimentação dos AOPs (single-supply ou bipolar)
Folha de cálculo completa de todos os blocos + esquema global anotado.
Fase 2 · 2h
Montagem bloco a bloco
- Montar e testar cada bloco individualmente antes de ligar ao seguinte
- Ordem: sensor → amplificador → filtro → comparador + LED
- Usar breadboard; verificar alimentação do AOP (pinos VCC e VEE/GND)
- Verificar saída DC de cada bloco com multímetro antes de prosseguir
Montagem física; ponto DC de saída de cada bloco (tabela).
Fase 3 · 2h
Calibração do sistema
Para NTC (temperatura): 1. Colocar o NTC em água com gelo (0°C) — medir Vout e anotar 2. Colocar o NTC em água a ferver (100°C, com cuidado) — medir Vout e anotar 3. Ajustar o ganho para Vout = 0–5 V na gama 0–100°C
Para LDR (luz): 1. Cobrir o LDR com a mão (escuro) — medir Vout 2. Iluminar com lanterna próxima (máxima luz) — medir Vout 3. Ajustar ganho para Vout = 0–5 V
Para o comparador: ajustar o limiar de comutação para o ponto de temperatura ou luminosidade desejado; verificar a histerese variando lentamente o estímulo.
Tabela de calibração com 2+ pontos; limiar do comparador ajustado e documentado.
Fase 4 · 2,5h
Medições e análise
Realizar as medições obrigatórias listadas abaixo com multímetro e osciloscópio.
Analisar a resposta do filtro (injectar sinal sinusoidal com gerador de funções na entrada do filtro e medir a saída a várias frequências — tabela de resposta em frequência).
Tabela de medições completa; gráfico de resposta em frequência do filtro.
Fase 5 · 1,5h
Relatório e demonstração
- Relatório (máx. 4 páginas): descrição do sistema, cálculos, tabela de calibração, gráfico do filtro, análise de erros
- Demonstração ao vivo: variar a grandeza física (temperatura/luz) e mostrar o LED a comutar no limiar correcto
- Responder a 2 perguntas orais do professor sobre o dimensionamento
Relatório final + demonstração ao vivo.
Tabela de medições obrigatórias
Verificação DC (em condições de referência)
| Bloco | Ponto de medição | Valor medido |
|---|---|---|
| Sensor | Vsensor (condição fria/escura) | ___ V |
| Sensor | Vsensor (condição quente/iluminada) | ___ V |
| Amplificador | Vamp_out (condição fria) | ___ V |
| Amplificador | Vamp_out (condição quente) | ___ V |
| Filtro | Vfiltro_out DC (condição quente) | ___ V |
| Comparador | Vout = ? ao limiar "liga" | ___ V |
| Comparador | Vout = ? ao limiar "desliga" | ___ V |
| LED | Acende ao limiar correcto? | Sim / Não |
Resposta em frequência do filtro (injectar sinal sinusoidal na entrada do filtro)
| Frequência | Vin (pico) | Vout (pico) | Ganho = Vout/Vin | Ganho (dB) |
|---|---|---|---|---|
| 1 Hz | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
| 10 Hz | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
| fc (calculada) | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
| 2 × fc | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
| 10 × fc | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
| 100 × fc | ___ V | ___ V | ___ | ___ dB |
Critérios de avaliação
| Item | Peso | Descritores |
|---|---|---|
| Design e cálculos (Fase 1) | 25% | Todos os blocos dimensionados, cálculos correctos, esquema legível |
| Montagem (Fase 2) | 15% | Bloco a bloco, ponto DC correcto em cada estágio |
| Calibração (Fase 3) | 20% | 2+ pontos de calibração documentados, LED comuta no limiar correcto |
| Medições (Fase 4) | 20% | Tabela DC completa, resposta do filtro medida, fc identificada |
| Relatório (Fase 5) | 15% | Estrutura clara, cálculos vs medições comparados, análise de erros |
| Demonstração e oral | 5% | Sistema funcional ao vivo, resposta correcta às perguntas |