O amplificador operacional Parte 1: amplificador inversor não inversor

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Vítor Gabriel Cordeiro Cerveira
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1 Instituto uperior Técnico Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Área de Electrónica O amplificador operacional Parte : amplificador inversor não inversor Trabalho de Laboratório Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica Licenciatura em Engenharia de Redes de Comunicação e Informação (LERCI) Helena armento º semestre 005/006

2 Introdução O amplificador operacional (ampop ou opamp do inglês) é um circuito integrado utilizado em variadas aplicações. Foi inicialmente utilizado em computação analógica para realizar diferentes tipos de operações tais como, inversão, soma, subtracção, integração, diferenciação, etc., sendo essa a origem da sua designação (operacional). Tem umas características que o aproximam do amplificador operacional ideal: resistência de entrada elevada ( ), resistência de saída baixa (0) e ganho elevado ( ). O circuito integrado é constituído por vários componentes entre os quais transístores e resistências. No entanto, nesta fase de estudo, será apenas analisado como um bloco de utilizado em circuitos de amplificação. Objectivos Este trabalho permitirá compreender o funcionamento exterior de um amplificador operacional, bem como algumas das limitações que apresenta face a um amplificador ideal. erão comparados resultados experimentais com análises teóricas e/ou simulações eléctricas de circuitos. Material Módulo Operacional Amplifier DL 355M6, da De Lorenzo Group, gerador de sinais e osciloscópio. Relatório O trabalho deve ser preparado antes da sua realização no laboratório, efectuando análises teóricas e a simulações, que devem ser incluídas no relatório. Os resultados experimentais devem ser comparados com a análise teórica e com os resultados da simulação. Plano de trabalhos Amplificador inversor Análise teórica: Desenhe uma montagem inversora, com base num amplificador operacional. Admitindo o Ampop ideal, analise o circuito com base nas técnicas de análise que conhece, de modo a determinar a expressão do ganho v / v. imulação: Utilizando o Pspice (ambiente ORCAD), simule o comportamento eléctrico da montagem inversora com a resistência de entrada de 0 kω e a de realimentação de 00 kω. Utilize para o amplificador operacional o componente de biblioteca, ua74/eval (ligue apenas os terminais,3,4,6,7). i) Efectue uma análise transitória (transient analysis), aplicando uma onda sinusoidal na entrada (VIN) com uma amplitude de Vpp (Volt pico a pico) e frequência de khz. Obtenha as formas de onda na entrada e na saída, admitindo que o amplificador está polarizado com tensões de: () +0 V e 0V () +5 V e 5 V. O Helena armento º semestre 005/006

3 Analisando os gráficos de (), mostre que o ganho tem inversão de fase e que o valor do seu módulo é 0. ii) Efectue uma análise AC (entre 0,0 Hz e 00 MHz), e obtenha o gráfico do módulo e da fase em décadas. Mostre no gráfico que há inversão de fase e que o ganho é de 0 db (decibel). 3 Parte experimental: R R 3 R R 4 G V - 5 V 6 Figura Diagrama na placa: montagem inversora i) Com base na tabela de código de cores das resistências (em anexo) indique o valor das resistências R, R, R3, R4 e R5 do módulo. ii) Ligue as tensões DC (+5 V, -5 V e 0 V) ao módulo DL 355M6. iii) Aplique um sinal sinusoidal na entrada (G) com f = khz e Vpp = V. iv) Ligue o sinal de entrada ao osciloscópio. v) Ligue o sinal de saída ao osciloscópio. vi) Com base nos interruptores monte uma montagem inversora fazendo Ri = 0kΩ e Rf = 0kΩ. Desenhe as formas de onda na entrada e na saída. Determine o valor do ganho. Compare com o valor obtido na análise teórica. vii) Altere os interruptores de modo a ter diferentes valores para Ri e Rf e determine o valor do ganho. Ri Rf v / v O R R4 R R3 R R4 Compare com os valores obtido na análise teórica. viii) Mantenha Ri = 0 kω e Rf = 00 kω e o sinal sinusoidal na entrada de khz. Aumente a amplitude do sinal de entrada. Determine as tensões de saturação. ix) Mantenha os valores de Ri e Rf e o sinal sinusoidal na entrada de khz. Mude as tensões DC de polarização do ampop para +0 V, -0 V. Determine as tensões de saturação. x) Comente a relação entre as tensões de saturação e a as tensões de polarização. Helena armento º semestre 005/006

4 Amplificador não inversor Análise teórica: Desenhe uma montagem não inversora, com base num amplificador operacional. Admitindo o Ampop ideal, analise o circuito com base nas técnicas de análise que conhece, para determinar a expressão do ganho v / v. imulação: Utilizando o Pspice (ambiente ORCAD), efectue uma análise AC (entre 0,0 Hz e 00 MHz), e obtenha o gráfico do módulo e da fase em décadas. Utilize para a resistência de realimentação 00 kω (Ri) e para a resistência à massa 0 kω (Rf). Mostre com base nos gráficos de simulação que não há inversão de fase. Compare o valor do módulo do ganho com o valor teóricos. 3 Parte experimental: O R R 3 R R 4 G + 5 V V - 6 Figura Diagrama na placa: montagem não inversora i) Ligue de novo as tensões DC de +5 V, e -5 V ao módulo DL 355M6. ii) Com base nos interruptores Ri = 0 kω e Rf = 00kΩ. Desenhe as formas de onda na entrada e na saída. Determine o valor do ganho. Compare com o valor obtido na análise teórica. iii) Altere os interruptores de modo a ter diferentes valores para Ri e Rf e determine o valor do ganho. Ri Rf v / v O R R4 R R3 R R4 Compare com os valores obtido na análise teórica. ANEXO Código de cores das resistências Helena armento º semestre 005/006

5 Preto Castanho Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinzento Branco ª risca - º algarismo ª risca - º algarismo 3ª risca - factor multiplicativo 4ª risca - tolerância Tolerância Castanho Vermelho Dourado Prateado 5 0 Resistência de precisão ª risca - º algarismo ª risca - º algarismo 3ª risca - 3º algarismo 4ª risca - factor multiplicativo 5ª risca - tolerância 6ª risca coeficiente de temperatura Helena armento º semestre 005/006

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