Artigo TID Circuito decodificador para sinais senoidais

TRABALHO DE ESTUDO DIRIGIDO ED - 2015
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA


CIRCUITO DECODIFICADOR PARA SINAIS SENOIDAIS

Daniel de Souza Moura, Guilherme Matias Soares, Lucas Maciel Belo Ferreira,
Raphael de Oliveira Palma e Rafael Amaral de Souza.

ETEP Faculdades, São José dos Campos, Brasil





Resumo: Este documento traz informações sobre um circuito que receberá uma certa frequência, e este terá um filtro que vai determinar se essa frequência está ou não dentro do especificado, se não estiver o sinal passa sem alterações e se estiver o sinal tem sua tensão reduzida para bem próximo de zero volts. Depois o sinal (modificado ou não) é direcionado para um retificador, que vai transformar o sinal alternado em um sinal mais próximo possível do contínuo, e posteriormente este sinal será interpretado por uma porta inversora que enviará a informação para um codificador e depois para um display de sete segmentos e este por fim exibirá o número zero ou o número um.

Abstract: This document has an information about a circuit that receive a certain frequency, and will have a filter that will determine if this frequency is within the specified or not, if has not the signal, pass without any changes and if have the signal, there is a reduced voltage to very close to zero volts. After, the
signal (modified or not) is directed to a rectifier, which will transform the alternating signal in a closest signal possible continuous, and then this signal will be interpreted by a inverter door that sends the information to an encoder and then to a seven segment display and this display will show the number zero (0) or number one (1).


Palavras Chave: Frequência, filtro, retificador e codificador.


I. INTRODUÇÃO

Em muitas aplicações do nosso dia a dia não é vantajoso ter um sinal alternado e se faz necessário o uso de retificadores e filtros para que possamos deixar este sinal mais contínuo possível.
Uma outra necessidade que pode ser observada na atualidade é a de trabalhar apenas com uma faixa de frequência, nesses casos são usados filtros de frequência.
Um exemplo são os eletrodomésticos que utilizamos em nossas casas, eles trabalham com sinal contínuo, do contrário eles ficariam oscilando a sua eficiência, porém o sinal que vem da rede elétrica é alternado, por isso se faz necessário o uso de retificadores e filtros.
O circuito decodificador para sinais senoidais que foi elaborado une esses dois temas abordados baseando-se em interpretar uma faixa de frequência, retificar o sinal e exibir através de uma lógica os resultados.





Para tal projeto foi utilizado conceitos sobre diodos, capacitores, indutores, associações resistor capacitor e resistor indutor, codificador e obviamente eletrônica básica.



II. DIAGRAMA EM BLOCOS




Figura 1: Diagrama em blocos geral

III. SITUAÇÃO DO SISTEMA

Gerador de sinal: Dispositivo responsável por dar o "input" para o circuito, ou seja, gerar o sinal de entrada com uma determinada frequência.



Figura 2: Gerador de sinais

Filtro rejeita faixa: É um circuito formado por um circuito RLC em série que permite a passagem de frequências abaixo da frequência de corte inferior (fci) e acima da frequência de corte superior (fcs). Assim podemos definir nossa faixa de frequência desejada.


Figura 3: Filtro Rejeita Faixa Passivo em Série

Retificador de meia onda: É o retificador mais simples, pois só é utilizado um diodo semicondutor em sua construção. O diodo é um elemento retificador, pois conduz num sentido e não conduz no outro, gerando assim apenas semi-ciclos positivos. Este circuito permitirá transformar a corrente AC para DC.



Figura 4: Retificador de meia onda

Filtro capacitivo: Consiste na eliminação de variações bruscas na tensão de saída do retificador graças à presença do capacitor em paralelo com a carga resistiva que age como "amortecedor". Essa "filtragem" permitirá gerar uma tensão quase contínua para alimentar o codificador.



Figura 5: Filtro Capacitivo

CI 7404: Será utilizado para inverter o sinal proveniente do filtro, pois queremos que o display mostre "1" quando a frequência está dentro da faixa e "0" quando está fora.



Figura 6: Porta lógica NOT
Codificador: O codificador BCD 4511 vai ser o componente que vai receber o sinal proveniente do CI 7404, interpretá-lo e mandar a informação para o display sete segmentos.



Figura 7: Codificador 4511


Display sete segmentos: Receberá a informação do codificador e exibirá o número corresponde as situações propostas.



Figura 8: Display sete segmentos catodo comum

IV. DESENVOLVIMENTO

O primeiro passo para projetar um circuito decodificador para sinais senoidais é definir qual a frequência desejada para o sinal que alimentará o circuito, no caso, 190 kHz, o equipamento que vai gerar o sinal com essa frequência é o gerador de sinais.
Uma vez o circuito alimentado, o sinal passará por um filtro rejeita faixa em série formado por um capacitor cerâmico de 680 pF, um indutor de 1000 uH e um resistor de 270 Ohms, este rejeitará uma faixa de frequência de 170KHz á 210KHz, fazendo com que a tensão de saída fique praticamente nula, se a frequência for abaixo ou acima dessa faixa, a tensão de saída será praticamente igual a tensão de entrada.
O maior desafio se dá na retificação do sinal, pois para o display exibir a informação desejada o sinal que chega nele deve ser contínuo, para essa difícil tarefa utilizamos um retificador de meia onda, que consiste basicamente de um diodo semicondutor e um resistor de 1KOhm.
Com o retificador de meia onda, obtemos um sinal DC, mas ainda não é o que desejamos, pois oscila de 0v até a tensão de pico, nosso desejo é que a tensão se mantenha o mais estável possível e por isso utilizamos o filtro capacitivo, para isso utilizamos um capacitor eletrolítico de 1uF.
Dessa forma, caso a frequência seja a desejada, temos uma tensão quase contínua próxima de 0v, tensão essa que a porta inversora pela qual o sinal passará logo em seguida, entende como nível lógico zero, e então temos na saída do CI 7404 o nível lógico um, se a frequência for uma não desejada, a tensão será entre 3v a 4v o suficiente para a porta inversora entender como nível lógico 1 e em sua saída teremos nível lógico 0.
Por fim, a saída do CI 7404 é ligada ao codificador BCD 4511 que possui quatro entradas A, B, C e D, o sinal entra pela porta A que é o bit menos significativo, as outras entradas são ligadas diretamente ao terra, dessa forma basta que a entrada A varie para que o display exiba o número zero (0000) ou o número um (0001).




V. FÓRMULAS


Fr= Fcs.Fci

C=1(2πFr)2.L

Q=FrFcs-Fci

Q=LC.R2
























VI. LISTA DE MATERIAIS


LISTA DE MATERIAIS DO CIRCUITO
Item
Descrição
Quantidade
1
Capacitor Cerâmico 680pF
1
2
Indutor 1000uF
1
3
Resistor 270 Ohms
1
4
Resistor 1 kOhm
1
5
Diodo
1
6
Capacitor Eletrolítico 1uF
1
7
Resistor 470 Ohms
7
8
CI 7404
1
9
CI 4511
1
10
Display Catodo Comum
1

VII. COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES

Considerando-se os valores atribuídos para o circuito, pudemos comprovar na pratica os conceitos de filtros RLC passivos, retificadores com filtro capacitivo e codificadores, os objetivos foram compridos obedecendo todas as premissas do projeto.


VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Site www.repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/2230/1/CT_ENGELN_2013_2_04.pdf



























ANEXO I – CIRCUITO

ESQUEMA ELÉTRICO: CIRCUITO COMPLETO





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CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA



TRABALHO DE ESTUDO DIRIGIDO ED - 2010
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA / COMPUTAÇÃO