ELT703 - EXPERIÊNCIA N 3: ERROS DC (OFFSET) E SLEW RATE

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1 ELT03 EXPERIÊNCIA N 3: ERROS DC (OFFSET) E SLEW RATE 1. OBJETIVOS: Levantamento da V IO, I B, I B e seus efeitos na relação de saída; Ajuste de Offset externo e interno; Medição do Slew Rate (Taxa de Subida).. RELAÇÃO DE COMPONENTES: 1 CI 1 1 Resistor de 100Ω Resistores de 1 Resistor de k 3 Resistores de Resistores de 100k Resistores de 1M 1 Potenciômetro de ou 100k (módulo) (indicar o potenciômetro utilizado) 1 Capacitor de 100pF 3. RELAÇÃO DE EQUIPAMENTOS: 1 Osciloscópio 1 Gerador de funções 1 Multímetro digital 1 Módulo AnálogoDigital. OBSERVAÇÕES: Para medirmos os efeitos que os parâmetros V io, I B e I B provocam na tensão DC de saída é necessário que não exista influência do sinal de entrada. Assim sendo, devemos primeiramente aterrar a tensão de entrada. Caso o multímetro não apresente uma leitura estável, chame o professor. Preste muita atenção na polaridade das ponteiras do multímetro nas medições. O sinal das medições é extremamente relevante. Preste muita atenção na notação científica das medições.

2 5. PROCEDIMENTO: 5.1. MEDIÇÃO DA TENSÃO DE OFFSET Vio a) Para medirmos Vio utilizaremos um buffer com o sinal de entrada aterrado. Idealmente a tensão de saída deveria ser zero mas, na prática, aparece uma pequena tensão DC da ordem de mv que é a tensão offset das entradas, Vio ou s. Monte o circuito da Figura 1 e anote o resultado na Tabela 1: 3 LM1 1V 1V Tabela 1: Dados do primeiro ensaio. e (pino 3) e (pino ) V o (medido) V io Figura 1: Configuração de buffer para medição da tensão de offset. b) Caso o amplificador tenha um ganho, o efeito de V io aparece na saída amplificado pelo ganho do amplificador nãoinversor. No circuito da Figura utilizaremos baixos valores de resistência para que a influência da corrente I B possa ser desprezada. Vale a pena observar que esses resistores de baixos valores foram utilizados especificamente para esse ensaio e devem ser evitados, pois provocam um grande consumo de corrente no operacional. Monte o circuito e anote os valores na Tabela.

3 R LM1 1V 1V R Tabela : Dados do segundo ensaio. V o (medido) V io (calculado) V o(medido) A ninv A 1 ninv R R 1 Figura : Amplificador inversor. Compare os valores de V io dos itens a e b. Houve diferença? Por que? 5.. MEDIÇÃO DE I B Para se obter o valor de I B, basta colocar um resistor no laço de realimentação, medir o erro DC na saída e descontar a parcela devido a tensão Vio. Monte o circuito da Figura 3, anote o valor de DC e calcule o valor de I B através da Tabela 3. Rf 1M 3 LM1 1V IB 1V R Tabela 3: Dados do terceiro ensaio. V o (medido) e (medido) e (medido) I B calculado V o medido R f V io Figura 3: Configuração para medir I B MEDIÇÃO DE I B Para se obter o valor de I B, utilizamos um buffer com resistor conectado a entrada positiva conforme a Figura e seguimos o mesmo procedimento do item anterior anotando os valores na Tabela.

4 Tabela : Dados do quarto ensaio. Rb 1M 3 LM1 1V 1V R V o (medido) e (medido) e (calculado) e (medido) V io I B calculado V io V o medido R b IB 1 I io B B I calculado I calculado Figura : Configuração para medir I B. Compare os valores obtidos de I B e I B. Segundo os fabricantes, a diferença entre esses dados não deve ultrapassar 5% do valor médio dos valores obtidos: Por que e foi calculado, e não medido? 5.. INFLUÊNCIA DOS VALORES DOS RESISTORES NO ERRO DC a) Monte o circuito da Figura 5, calcule o valor esperado pela equação ao lado, depois meça o valor prático e anote os dados na Tabela 5. R1 3 LM1 R 1V 1V Tabela 5: Dados do quinto ensaio. V o (calculado) V io.a ninv R.I B (calculado) V o (calculado) V o (medido) Figura 5: Amplificador inversor.

5 b) Troque os valores dos resistores R para 1M e R1 para 100k. A parcela de erro DC devido a V io não alterou, pois o ganho A ninv não mudou. No entanto, como estamos trabalhando com valores de resistores mais altos, a parcela de erro devido à corrente de polarização I B deverá aumentar. Calcule o valor teórico esperado e meça o valor obtido. Anoteos na Tabela. Tabela : Dados do sexto ensaio. V o (calculado) V o (medido)

6 5.5. INFLUÊNCIA DO RESISTOR DE COMPENSAÇÃO DAS CORENTES DE POLARIZAÇÃO (Rb) Uma maneira de diminuirmos o erro devido à correntes I B e I B, é fazer com que as impedâncias vistas pelas duas entradas do AmpOp em relação ao terra sejam as mesmas. No caso do circuito anterior, a impedância vista pelo terminal inversor é o paralelo das resistências de 1M e 100k. Assim, o resistor de compensação é dado por: R B R 1 // R 100k // 1M Teremos então uma diminuição no erro devido às correntes de polarização, uma vez que I B introduzirá uma parcela de polaridade negativa em DC. Monte o circuito da Figura, calcule o valor esperado e meça o valor na prática. Anote os dados na Tabela. R1 100k R 1M Rb 100k//1M 3 LM1 1V 1V Tabela : Dados do sétimo ensaio. V o (calculado) V io.a ninv R.(I io ) Figura : Amplificador inversor com resistor de compensação. V o (calculado) V o (medido) 5.. AJUSTE DE OFFSET INTERNO Monte o circuito da Figura, meça o erro DC e atue no potenciômetro P 1 de modo a zerar a tensão na saída. Chame o professor para visualização do valor zerado. R1 Rb 100k // 1M 1V 3 LM1 R 100k 1V 1 5 P1 Vcc Figura : Ajuste interno de offset.

7 5.. AJUSTE DE OFFSET EXTERNO Quando o amplificador operacional não possuir pinos para ajuste de offset, isso deve ser implementado externamente. O objetivo desse ajuste é introduzir um nível DC na saída e deve ser feito de modo que não altere o ganho original do amplificador. Utilizamos um nível DC na entrada através da alimentação ± Vcc. Analisando o circuito da Figura 8, vemos que o deslocamento na saída está entre: Tabela 8: Faixa de ajuste externo de offset. V cc R R off V o (ajuste) V cc R R off V o (ajuste) Vcc P1 Vcc Roff 1M Chave S R 100k R1 Rb // 100k 1V 3 LM1 1V Figura 8: Circuito para ajuste externo de offset. Com a chave S aberta meça o erro DC na saída. DC Feche a chave e ajuste DC 0. Chame o professor para visualização do valor zerado. Agora, varie o potenciômetro até os limites máximo e mínimo e anote abaixo a faixa de ajuste na saída medida.

8 5.8. SLEW RATE O Slew Rate indica a capacidade de variação da tensão de saída por unidade de tempo. SR d dt Para teste do Slew Rate, o fabricante recomenda o circuito mostrado na Figura 9. Injete uma onda quadrada e anote a forma de onda de saída. 1V 3 LM1 Vin / 5 10Vpp Hz Quadrada 1V 100pF k [us] 5 Figura 9 Teste do Slew Rate Obtenha o Slew Rate na prática: Para o 1, o SR TÍPICO 0,5 V/μs SR (1) Δ Δt Para sinais senoidais é fácil deduzir que não haverá distorção devido ao SR se: SR OP π f V o ( pico) Assim, dependendo da amplitude máxima do sinal na saída, teremos uma máxima freqüência de operação. Calcule f máx de acordo com a tabela a seguir. Aplique um sinal senoidal com a amplitude de acordo com a tabela a seguir e com freqüência de 100 Hz. Monitore a entrada no canal 1 do osciloscópio e a saída no canal. Ajuste os canais de maneira que os sinais fiquem sobrepostos na melhor escala possível. Aumente gradativamente a freqüência até começar a surgir a distorção no sinal de saída. Anote a máxima freqüência sem distorção na Tabela 9.

9 Tabela 9: Distorção devido ao Slew Rate. Vi fmáx SRop π (pico) f máx(medida) V PP 8V PP 1V PP 5.9) Explique de forma clara e objetiva o que você entendeu sobre as correntes de polarização de entradas (I B, I B, I B ), tensão Offset das entradas e Slew Rate.