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Incluindo explicação do funcionamento dos estágios do circuito e procedimento para sua calibração

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* Cada saída (A0 e A1)
* Listagem completa dos componentes
* Incluir fórmula de ganho
* Incluir arquivos para usiagem da placa com a Fresadora PCI João-de-Barro
* Incluir arquivos para usinagem da placa com a Fresadora PCI João-de-Barro
Documentação
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### Desenvolvimento
Esquemático do amplificador em [doc/hardware/KiCAD/esquema_shield_AI.pdf](doc/hardware/KiCAD/esquema_shield_AI.pdf). Ver também as [orientações de design](/doc/hardware/guias_design.md) da placa.
Esquemático do amplificador em [PDF](doc/hardware/KiCAD/esquema_shield_AI.pdf). Arquivos esquemático e placa de circuito impresso em projeto KiCAD disponível em [doc/hardware/KiCAD/](doc/hardware/KiCAD/).
Ver também:
** [Funcionamento e calibração](/doc/hardware/funcionamento_e_calibracao.md) do circuito: detalhamento do funcionamento dos elementos do circuito e sua calibração para obter melhores resultados.
** [orientações de design](/doc/hardware/guias_design.md) da placa: orientações utilizadas para desenhar a placa de circuito impresso.
Arquivos esquemático e placa de circuito impresso em projeto KiCAD disponível em [doc/hardware/KiCAD/](doc/hardware/KiCAD/).
### Uso
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Funcionamento e Calibração do Shield Amplificador de Instrumentação
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Para se obter melhores resultados com o Shield Amplificador de Instrumentação, deve-se realizar alguns cuidados para a sua montagem e calibração de cada placa. Atenção especial deve ser dada para o estágio amplificador operacional e para o retificador ideal, conforme descrito abaixo.
1 – Estágio Amplificador de Instrumentação
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A montagem do estágio amplificador de instrumentação exige basicamente dois cuidados a fim de obter melhores características, a seleção dos resistores do estágio amplificador que irá otimizar a rejeição de modo comum e a seleção dos integrados amplificadores operacionais para minimizar a tensão de offset do amplificador.
a) A primeira, e mais importante, refere-se á seleção dos resistores para que tenham os valores mais idênticos entre si. Nas placas montadas em 2015, utilizamos valores de 39 KΩ para todos os 6 resistores do primeiro estágio da placa. O ideal é que estejam dentro de uma tolerância de pelo menos 1%. Por exemplo, você poderá selecionar 6 resistores de 39250Ω, ou 6 de 38990Ω. Como os resistores comuns possuem tolerância de 5% (ou seja, para valores nominais de 39k podem variar tipicamente 1950Ω em torno do valor nominal. A utilização de resistores de alta precisão dispensa essa operação, no entanto eles são bem mais caros e as vezes não disponíveis. Com a utilização de multímetro é possível selecionar manualmente resistores com valores próximos com tolerâncias de até 0,1% ou melhor. Isto é possível pois resistores comuns são baratos e podemos dispor de grande quantidade para realizar a seleção. Esse simples e rápido procedimento irá melhorar significativamente as características desejadas do AI, principalmente a rejeição de modo comum.
* Dica: para boas medidas de resistência, deve-se utilizar as duas ponteiras do multímetro com garras jacaré na ponta para conectar cada resistor a ser medido – não se deve tocar resistor com as mãos durante a medida. Caso seja possível dispor de um multímetro com mais recursos, alguns possuem uma tecla que permite zerar o display, com as ponteiras em curto ( normalmente chama-se offset ou rel (de relativo). Esse recurso permite anular resistências parasitas, como das ponteiras por exemplo, o que aumentará a precisão das medidas. Se não dispõe de multímetro melhor, deve prestar atenção na resistência parasita que mostra o display com as ponteiras em curto, ou seja com o 2 jacarés em curto.
b) Existe também a questão do offset de tensão contínua (DC offset) na saída do AI. Uma consequência negativa do uso de amplificadores operacionais comuns e muito baratos reside na suas tensões de offset de entrada de alguns milivolts, que aparecerão na saída sempre multiplicados pelo ganho adotado no AI. Assim um offset de apenas 1 mV na entrada se transforma em 500 mV na saída se o AI estiver ajustado para ganho de 500 vezes. Essa tensão não é problemática em dois casos especiais
* caso o circuito estiver sendo utilizado para amplificar sinais alternados.
* Amplificar sinais de tensão contínuos originados de circuitos condicionadores de sinal do tipo ponte de Wheatstone. Isto porquê estes circuitos tipicamente contém ajuste (trimpot) em um dos braços para zerar a saída do amplificador. Assim, o DC offset pode ser anulado com a calibração do equilibro da ponte.
Para minimizar o offset DC é possível realizar uma seleção dos amplificadores operacionais (principalmente o de entrada). Isso é relativamente fácil de ser feito com o uso de soquetes. Como no AI o estágio diferencial de saída irá rejeitar sinais de modo comum, na verdade procura-se amplificadores (no caso LM358, duplos), que possuam offsets de saída o mais próximo possível um do outro. Estes sinais podem ser medidos nos pinos 1 e 7 do LM358 de entrada do AI. Basta selecionar os integrados cujos valores medidos nestes pinos estejam os mais próximos possível.
Outra maneira de selecionar os circuitos amplificadores é utilizar a própria placa para selecionar os amplificadores operacionais que resultem em menor offset. Usamos o seguinte procedimento: com ganho 1 no AI, o offset de saída deve estar baixo de 1 mV (tipicamente 0,5 mV). Aqui se aplica o mesmo dito para o caso dos resistores. Como são muito baratos pode-se sempre dispor de um números bem maior de unidades e selecionar os melhores.
Assim tendo esses dois cuidados básicos e muito simples, conseguimos construir um amplificador de instrumentação com muito pouco gasto, e que funciona bem. Claro que sempre existe a alternativa de usar amplificadores operacionais melhores ou até AI integrados, mas na é a intenção aqui.
2 – Ajuste do retificador ideal
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A característica esperada do estágio retificador ideal é que sua saída seja o mais idêntica possível ao módulo do sinal de entrada, ou seja, independe da polaridade do sinal de entrada. Se aplicamos 100 mV ou – 100 mV na entrada, esperamos 100 mV na saída. A figura abaixo resume o funcionamento do circuito. Trata-se apenas de um simples somador de sinais.
![Circuito básico de um retificador ideal](doc/hardware/retificador_ideal.png)
Para que as somas sejam perfeitas temos que ter igualdade entre os valores de R entre si e R/2. Isso é fundamental para que a soma seja exata entre as partes positiva e negativa do sinal de entrada.
A maneira recomendada para isto é selecionar, com o auxílio de um multímetro, os 4 resistores com valores próximos entre si, da mesma forma como descrito acima para o amplificador de instrumentação. No caso das placas montadas em 2015, utilizamos resistores de R = 20 KΩ simplesmente pois tínhamos muitos, mas valores próximos como 18 KΩ ou 22 KΩ podem ser usados. Um detalhe que poderá facilitar a calibração do circuito é o seguinte: procuramos selecionar os 4 resistores idênticos mas com valor um pouco abaixo de 20 KΩ, digamos 19980 Ω. Podem ser utilizados outros valores abaixo de 20 KΩ, desde de que sejam 4 iguais. Para o resistor de R/2 = 10 KΩ, selecionamos um com valor de 10 KΩ ou um pouco acima do nominal, digamos 10100 Ω, ou 10180 Ω. Com isto a calibração fina torna-se simples e será realizada utilizando um resistor de alta resistência em paralelo ao resistor de R/2 para que em conjunto tenham exatamente a resistência desejada, de modo a fazer com que a resposta do retificador seja idêntica para sinais positivos e negativos.
Para selecionar o valor do resistor de calibração, podemos utilizar um trimpot de valor elevado, digamos 1 MΩ, em paralelo com o resistor de 10 KΩ e ajustando para que, com sinal de entrada de 100 mV ou – 100 mV a saída seja o mais próximo possível de +100 mV e, mais importante, a saída seja igual para as duas polaridades de entrada. Uma vez realizado o ajuste, o trimpot pode ser cuidadosamente removido, seu valor medido e então substituído por um resistor de valor mais próximo possível ao valor ajustado. A figura baixo mostra o circuito durante o juste utilizando o trimpot em paralelo ao R/2.
![Esquema para calibração do retificador ideal](doc/hardware/calibracao_retificador_ideal.png)
A figura acima ilustra com um exemplo o esquema elétrico utilizado para a calibração do retificador ideal. O procedimento pode ser resumido da seguinte maneira: i) seleciona-se 4 resistores (R) idênticos entre si, ii) seleciona-se o resistor (R/2) cujo valor real seja um pouco acima de seu valor nominal, e iii) corrige-se usando o trimpot.
Na placa já estão previstos os 2 pinos para soldagem temporária do trimpot em paralelo com o resistor de 10 KΩ. Nestes mesmos 2 pinos será soldado o resistor fixo, depois de escolhido.
Em tempo, assim como no caso do AI, é muito válido, e talvez necessário também, uma escolha prévia do ci LM358 usado no circuito, em termos de tensão de offset, de maneira que com entrada do retificador em zero a saída fique abaixo de 1 mV.
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