Introdução ao Simulink

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina: Instrumentação Eletrônica
Professor: Luciano Fontes Cavalcante
Capacímetro Digital
Alynne Saraiva de Queiroz – [email protected]
José Renier Rocha de Oliveira – [email protected]
Introdução
• Existem dois tipos de capacímetros: o analógico
(de ponteiro) e o digital (de cristal líquido).
• O seguinte projeto consiste na elaboração de um
capacímetro digital, baseado no tempo de carga e
descarga de um capacitor. Detalharemos aqui
aspectos construtivos e operacionais do projeto e
apresentaremos dados relativos a simulação do
projeto realizado no software Multisim.
Capacitância
• A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor,
determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser
armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de
corrente alternada que o atravessa numa determinada freqüência.
• Em circuitos capacitivos temos a variação da corrente com o tempo.
Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega
com 63,2% da tensão da fonte.
R.C = 10 segundos.
Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado
com a tensão da fonte (99,3% de V ).
t = 5.R.C = 50 segundos .
Curvas de Carga e Descarga do
Capacitor
Técnicas de Medição
• Existem basicamente 4 métodos utilizados em
capacímetros digitais:
– Vetor corrente aplicado ao capacitor
– Integração do transiente RC
– Dupla Rampa
– Através de circuitos Monoestáveis
Diagrama de blocos
Monoestável
• O monoestável produz um nível alto em sua saída durante um
determinado tempo, denominado largura de pulso. A largura
de pulso será proporcional à capacitância aplicada ao
monoestável.
Saída
Chave Liga
Monoestável
• Para a escala de 1 μF, cada μF corresponderá a um pulso de
clock. Se escolhermos a largura de pulso do monoestável para
o capacitor de 999 μF como sendo de 2 segundo, teremos:
Utilizando valores comerciais o resistor será de 1.65kΩ
• Adicionamos ainda ao circuito outras escalas:
Escala
Resistência
mF
1.65
μF
1.65k
nF
1.65M
Monoestável
Monoestável
Para testar o nosso circuito conectamos um capacitor de 20μF ao circuito e medimos a
largura do pulso gerado pelo monoestável. Percebemos que o mesmo gerou um pulso de
35ms, bem aproximado do valor esperado.
Temporizador
+
• O temporizador tem a função de gerar o clock. Assim, quando
o monoestável estiver em nível lógico 1 o sinal de clock será
reproduzido na saída da porta AND. 5V
0.01uF
Saída de clock
Gnd
Trg
Out
Rst
Vcc
Dis
Thr
Ctl
R2
40k
+
555
R1
40k
C2
1uF
Temporizador
• Como temos 3 dígitos que geram valores 0 de a 999 em 2
segundos temos que estabelecer uma freqüência de 499,5 Hz.
Assim,
Por valores comerciais, escolhemos RA=1.65kΩ e RB=620Ω.
Temporizador
Temporizador
Simulação do circuito temporizador  f=530Hz
Contador
• O Contador tem a função de contar quantos pulsos de clock
são necessários para a carga completa do capacitor, devendo
contar de 0 a 999.
• Implementamos três contadores binários atuando como um
contador BCD de três dígitos.
• O circuito será inibido quando uma capacitância ultrapassar a
faixa de 999 da escala utilizada.
Contador
QA
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
QB
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
QC
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
QD
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Valor
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Decodificador/Display
• Esse circuito tem a função de receber os dados do contador e
decodificá-los para alimentar o display que mostrará o valor
medido.
• Nesse circuito utilizamos o display hexadecimal decodificado,
pois o mesmo já possui um decodificador para sete
segmentos incorporado.
U1
DCD_HEX_BLUE
Circuito Completo
Circuito Completo
Resultados Obtidos e Sugestões
• Testamos o circuito descrito no seguinte relatório para
diversos valores de capacitores e obtemos uma boa precisão
nas medições.
• Para projetos posteriores sugerimos a implementação das
casas decimais e habilitar o display somente para o valor final
da medição.
Referências Bibliográficas
• Notas de aula do Professor Luciano
• Tocci, Ronald J. & Widmer, Neal S. Sistemas Digitais – Princípios e
Aplicações, 8a Edição.
• http://www.burgoseletronica.net/capacimetro.htm
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A2ncia
• http://hermes.ucs.br/ccet/defq/mlandreazza/CURAUT04.htm
• http://www.eletronica24h.com.br/multisim7/Modulo3/MultiSIM%
207%20Modulo%203.pdf

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