Amplificadores operacionais

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Relatório do Laboratório nº 3

Amplificador Operacional















1 INTRODUÇÃO



Os amplificadores operacionais (Amp Ops) são circuitos inicialmente criados para realizar operações matemáticas sobre sinais, tais como soma, integração, divisão, potência e a amplificação do sinal propriamente dita, ou seja, a sua multiplicação por uma constante. Ele é composto pordezenas de resistores, transistores e, usualmente, um capacitor interno. Um Amp Op tem dois terminais de entrada e um de saída e atua a partir da diferença entre os sinais de entrada, multiplicando-a pelo ganho A. As principais características de um Amp Op ideal são: impedância de entrada infinita, impedância de saída nula, ganho de tensão infinito e largura de faixa de resposta em freqüênciainfinita.

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Figura 1: Modelo para um amplificador operacional ideal.




Um Amp Op, contudo, não se comporta como o modelo ideal, pois ele é, na realidade, um circuito integrado complexo. Ele apresenta diversas alterações em relação ao modelo ideal, como imperfeições cc ou limitações no funcionamento dos circuitos quando sinais de grandes amplitudes estão presentes nasaída. Uma dessas limitações é a taxa máxima de variação da tensão de saída, o slew rate (SR); caso o sinal de entrada demande uma resposta na saída com taxa maior que o valor do SR, a saída será limitada pela taxa máxima de variação. Se a entrada for, por exemplo, um degrau, a saída não conseguirá subir instantaneamente para o valor de tensão esperado, de modo que a saída será uma rampa cominclinação igual ao SR.

Entre as imperfeições CC, deve-se destacar a tensão de offset, resultado de desequilíbrios inerentes ao estágio diferencial da entrada, e as correntes de polarização, que são correntes cc que obrigatoriamente alimentam os dois terminais de entrada.

Os experimentos realizados, desse modo, visam a estudar a influência da tensão de offset, das correntes depolarização e do slew rate no funcionamento de circuitos com Amp Op, os quais têm grande importância e um imensa gama de aplicações na eletrônica, como em osciladores, sensores, conversores, controle de processos, regulação de sistemas e filtragem.








2 EXPERIMENTO



O Amp Op LM741C tem a seguinte pinagem:

1- Ajuste de offset

2- Entrada inversora

3- Entradanão-inversora

4- Fonte (negativo)

5- Ajuste de offset

6- Saída

7- Fonte (positivo)

8- Sem conexão

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Figura 2: Pinagem do 741




Abrangeram-se, nas experiências realizadas, três aspectos dos Amp Ops: tensão de off-set, correntes de polarização e slew rate. Nos três casos, o amplificador operacional utilizado foi um LM741C, e os resistores têm tolerância de5%.


2.1 Tensão de off-set (Vos):


Montou-se o circuito 1 (figura abaixo) na proto-board, sem a aplicação de sinal de entrada. O resistor de 10Ω foi conectado ao terra e ao pino 2 do Amp Op; o resistor de 1kΩ foi conectado ao pino 2 e ao pino 6; o pino 3 foi conectado ao terra; os pinos 4 e 7 receberam, respetivamente, a alimentação de –12V e +12V.
Com o multímetro, mediu-se atensão de saída Vo=-84.9mV. Em seguida, a fim de verificar a dependência de Vos com a temperatura, ao se provocar um pequeno aumento dela, através do contato dos dedos com o Amp Op, mediu-se Vo=-88mV e, ao assoprá-lo, com o intuito de diminuir a temperatura, obteve-se Vo=-83,5mV.
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Figura 2: Circuito 1

O amplificador operacional real produz uma tensão na saída, mesmo que as entradastenham a mesma tensão, ou seja, não haja uma tensão diferencial na entrada. Pode-se considerar que há uma tensão cc na entrada equivalente, chamada de tensão de offset.
Ao se considerar o efeito da tensão de offset, tem-se o circuito abaixo:

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Figura 3: Modelo do circuito 1 com a fonte de tensão equivalente a Vos

Para esse circuito, no nó que se liga à saída inversora, a...
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