Simulação de circuitos com amplificadores operacionais

Páginas: 11 (2534 palavras) Publicado: 6 de julho de 2012
Circuitos e Sistemas Electrónicos

Simulação de Circuitos com Amplificadores Operacionais

Trabalho realizado por:
Marco Damião nº 30518
Nuno Pires nº 30468
Pedro Silva nº 30474
Grupo nº 8
Login: cse208

2009 – 2010

Índice



1. Parâmetros e Dimensionamento Teórico 2

2. Simulações e Montagens Experimentais 4
2.1 Circuito Comparador 4
2.2 MontagemSeguidora 7
2.3 Montagem de Ganho Inversor 9
2.4 Montagem de Ganho Não Inversor 10
2.5 Montagem Integradora 12
2.6 Montagem de Diferenciadora 14
2.7 Montagem de Somadora 16
2.8 Montagem de Subtractora 17
2.9 Comparador Schmitt-Trigger 17

3. Conclusão 20

1. Parâmetros e Dimensionamento Teórico

AMPOP – LM324
VDD = 5VVSS = - 5V

C = 1 nF

R1 = 2k Ω.(1 + (#Grupo/10)) = 3.6 k Ω
R2 = 4k Ω
R = 2k Ω.(1 + (#Grupo/10)) = 3.6 k Ω


* Montagem de Ganho Inversor:
Dedução da equação do ganho vo(vi):
Como especificado no enunciado: i2 = i1
Sendo uma montagem com realimentação negativa, o AMPOP estará na zona linear, pelo que:
V+ ≈ V- = 0
I1 = VR1/R1 = (vi – 0)/R1 = vi/R1
I2 = VR2/R2 = (0 –v0)/R2 = -v0/R2

I1 = i2
vi/R1 = -vo/R2
vo = (-R2/R1).vi

* Montagem de Ganho Não Inversor:
Dedução da equação do ganho v0(vi):
Sendo uma montagem com realimentação negativa, o AMPOP estará na zona linear, pelo que:
V+ ≈ V- = vi
I+ = 0A
i-= i+ = 0A
Lei dos nós:
i2 = i1 + i- i2 = i1 = i
Lei das malhas:
-VR1 –VR2 + v0 = 0
-R1.i –R2.i = -v0
v0 = (R1 + R2).i

VR1 = R1.i = V- = vi
i = vi/R1

V0 = [(R1 + R2)/R1].vi

* Montagem Integradora
Dedução da função de transferência: H(s) = vo/vi
Domínio da frequência: I1 = (Vi – 0)/R
IC = I1 = -V0/Zc
Zc = 1/sC

Vi/R = -V0.sC
H(s) = Vo/Vi = (-1/RC).(1/s)

* Montagem Diferenciadora
Dedução da função de transferência: H(s) = vo/viDomínio da frequência: IC = I = Vi/Zc
I = -V0/R
Zc =1/sC

Vi.sC = -V0/R
H(s) = V0/Vi = - RC. s

* Montagem subtratora
Cálculo de R3 e R4:
Vo(t) = [R4 /(R3+R4)] . [(R1+R2)/R1]. V1(t) - (R2/R1) . V2(t)

Para que a saída seja proporcional à subtracção das entradas:
(R4 /(R3+R4)) . ((R1+R2)/R1) = (R2/R1)
(R4 /(R3+R4)) . (7600/3600) = 1,11
(R4 /(R3+R4)).2,11 = 1,11
<=> (R4 /(R3+R4)) = 1,11 / 2,11
(R4 /(R3+R4)) = 0,526

Escolhendo um valor para uma das resistências determinamos o valor da outra:
R3 = 3.6 kΩ
R4 = 4 kΩ

2. Simulações e Montagens Experimentais

2.1 Circuito Comparador

Fig. 1: Sinal de saída do circuito (a vermelho), quando a onda de entrada (a verde) é umasinusóide com 1V de amplitude e período de 20 ms.

Fig. 2: Característica vo(vi) da montagem comparadora.

Após a realização das simulações, procedeu-se à verificação experimental dos resultados, através da montagem do circuito correspondente numa breadboard e de um osciloscópio para se visualizar o sinal de saída e a característica, como se pode ver nas seguintes figuras:

Fig. 3: Visualização dosinal de saída no osciloscópio. Fig. 4: Visualização da característica vo(vi) da montagem.
Ainda através de simulações obtiveram-se valores aproximados das seguintes não-idealidades do AMPOP:
* Slew – Rate: 17,9291 V/s
* Tensão de Offset: 301,1179 mV
* Ganho Estático: 1000
* Largura de banda finita (frequência do primeiro pólo): 3gHz

Fig. 5: Análise AC da montagem, simulaçãoutilizada para a determinação do ganho estático (amplitude quando a fase é nula) e largura de banda finita (quando o ganho passa a ser nulo).



Fig. 6: Zoom feito à resposta temporal do circuito, para se determinar a Slew-Rate.

Fig. 7: Utilização do cursor na análise DC para determinar o desvio da recta característica em relação à origem (tensão de Offset).

Fig. 8: Sinal de saída (a...
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