ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos PSI 2307 Laboratório de Eletrônica Exp.7 Amplificadores Operacionais Turma: ( ) SEG - T1-2 ( ) TER T3 ( ) SEX T4-5 Prof(s): Data da realização do experimento: NOTA: Bancada n o : Equipe: CÓPIA DO PROFESSOR 1 o sem. 2004

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3 1. Objetivos Este experimento tem como objetivo o levantamento experimental das principais características estáticas e dinâmicas de amplificadores operacionais através de medida e ajuste de off-set e medida de slew-rate, bem como através da obtenção de características de transferências e de respostas em freqüência de circuitos que utilizam amplificadores operacionais. 2.1 Especificações técnicas 2. Preparação Anexe ao relatório cópia das especificações técnicas de Amplificadores Operacionais 741 (LM, µa, etc.), realçando as informações utilizadas para o relatório [Anexo A]. 3. Roteiro Experimental 3.1 Medida e ajuste de off-set Utilizando a placa Amplificadores Operacionais, encaixe cuidadosamente o circuito integrado 741 no soquete correspondente. Amplificador Operacional 741 Invólucro Plástico DIP (Vista Superior) Esta marca indica o pino 1 Ajuste de off-set Entrada inversora Entrada não inversora V nc V+ Saída Ajuste de off-set Figura 1 - Amplificador Operacional 741 de 8 pinos Exp. 7-1 Amplificadores Operacionais Eletrônica Experimental

4 3.1.2 Monte o circuito da figura 2, alimentando o amplificador operacional com +15V e 15V utilizando uma fonte simétrica (vide Apêndice 1). Verifique se o trim-pot de 10 KΩ para ajuste de off-set está conectado a V- através do estrape. R4 = 100KΩ R1 = 100Ω - v+ e 0s + e s v- 10k Ω v- Figura 2 - Circuito para medida da tensão de off-set Mantendo o estrape inicialmente desconectado, meça a tensão es de saída e determine a tensão de off-set nesta situação. es e OS = e S 1 R R + R 4 e OS e = = (1001) 1 S (Obs.: Note que a expressão acima não é válida se o amplificador operacional se encontrar na saturação.) Tabela 1 Tensões antes do ajuste do off-set Eletrônica Experimental Amplificadores Operacionais Exp. 7-2

5 3.1.4 O valor obtido está de acordo com as especificações do fabricante? Justifique (Que dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com o obtido experimentalmente.) Reconecte o estrape e varie o cursor do trim-pot até reduzir ao máximo possível a tensão de off-set. Anote os valores nesta situação. es e OS = e S 1 R R + R 4 e OS e = = (1001) 1 S (Obs.: Note que a expressão acima não é válida se o amplificador operacional se encontrar na saturação.) Tabela 2 Tensões após o ajuste do off-set Exp. 7-3 Amplificadores Operacionais Eletrônica Experimental

6 3.2 Medida do slew-rate Monte o circuito amplificador na configuração comparador indicado na figura 3 e aplique na entrada do mesmo uma onda retangular variando entre -2V e 2V com freqüência de 50 khz. Figura 3 - Amplificador na configuração comparador Imprima as formas de onda de entrada e saída [Anexo B] Determine, a partir da observação do sinal de saída, o slew-rate (Sr) do amplificador operacional. Sr = V/µs O valor obtido está de acordo com as especificações do fabricante? Justifique (Que dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com o obtido experimentalmente.) Eletrônica Experimental Amplificadores Operacionais Exp. 7-4

7 3.3 Circuito amplificador em configuração inversora Tomando-se o cuidado de não mais tocar no trim-pot previamente ajustado, monte o circuito da figura 4. Figura 4 - Circuito amplificador em configuração inversora Conecte o terminal de entrada a um gerador senoidal com freqüência de 70 Hz e valor de tensão variando na faixa de 0,5V a 0,5 V Levante a característica de transferência (es x eg) do circuito utilizando o osciloscópio no modo XY, imprimindo a mesma através do programa PEE54600B [Anexo C] e preencha os dados correspondentes na tabela 3. [Obs.: Não usar sincronismo externo em impressões no modo XY.] Repita o item para R1=10KΩ [Anexo D] e preencha os dados correspondentes na tabela 3. inclinação R1=1KΩ R1=10KΩ es máx es mín Tabela Qual a grandeza relacionada à inclinação da curva? Justifique Utilizando ainda o circuito da figura 4 com R1=10KΩ, levante e imprima a resposta em freqüência do circuito através do programa GANHO utilizando um sinal de entrada Exp. 7-5 Amplificadores Operacionais Eletrônica Experimental

8 senoidal eg=100mvpp [Anexo E]. OBS.: Usar sincronismo externo para levantamentos de resposta em freqüência com o programa GANHO Repita o item para R1=1KΩ [Anexo F]. [Obs.: a) imprimir os gráficos dos Anexos E e F nas mesmas escalas para facilitar a comparação.] Preencha a tabela 4 com os dados solicitados, identificando nos gráficos correspondentes como os determinou. Freqüência de corte superior (fcs) Freqüência de ganho unitário (fu) Ganho máximo de tensão (Av) Ganho máximo em db (A db ) Tabela 4 R1=1KΩ R1=10KΩ Os valores obtidos para as freqüências de ganho unitário são iguais? Porquê? Considerando os resultados obtidos nas duas situações, estabeleça uma relação entre as grandezas (fcs, fu, Av). Justifique Os valores obtidos estão de acordo com as especificações do fabricante? Justifique (Que dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com os obtidos experimentalmente.) Eletrônica Experimental Amplificadores Operacionais Exp. 7-6

9 3.4 Circuito Somador Monte o circuito somador da figura 5 e aplique na entrada 1 uma tensão constante (através da fonte 0-6V) e na entrada 2 um sinal senoidal com 0,4 Vpp e freqüência de 10 khz. e2 e1 R2=10k R1=10k - R3=100k eg + es V(-) Figura 5 - Circuito Somador Observe o sinal de saída no osciloscópio e descreva o que ocorre com a mesma ao se variar a fonte de tensão contínua entre 0 e 6V Escolha uma situação para a entrada 1 e imprima as formas de onda da entrada 2 e da saída, anotando na folha impressa o valor ajustado para a entrada 1 [Anexo G] Considerando a entrada 2 como a sugerida, qual a faixa máxima de variação do sinal de tensão contínua da entrada 1 que poderíamos utilizar sem atingir os limites de saturação. Justifique. Exp. 7-7 Amplificadores Operacionais Eletrônica Experimental

10 3.5 Circuito Integrador Monte o circuito integrador da figura 6, aplique na entrada um sinal senoidal com ve=500mvpp e ajuste as freqüências de forma a preencher a tabela 5. Figura 6 - Circuito integrador f(hz) vs ϕ (defasagem da saída em relação à entrada) 10K 20K 50K Tabela Imprima as formas de onda de entrada e de saída para a situação de f = 20KHz [Anexo H] Verifique se os resultados obtidos na tabela 5 estão de acordo com o previsível pela teoria. Justifique Qual a função do resistor R4 em paralelo com o capacitor C no circuito integrador? Eletrônica Experimental Amplificadores Operacionais Exp. 7-8

11 4. Conclusões [Este item destina-se a responder às seguintes questões, dentre outras que a equipe proponha: Quais as principais características dos Amplificadores Operacionais e de circuitos com Amplificadores Operacionais observadas? Os resultados estão de acordo com o descrito em teoria? Os resultados estão de acordo com as especificações dos fabricantes? Os resultados estão de acordo com a simulação? Justifique eventuais diferenças Na eventualidade de não ter conseguido realizar todos os itens propostos, deve relatar os problemas enfrentados e ações realizadas para contornar e/ou resolver os mesmos. Vocês têm críticas e sugestões em relação ao roteiro proposto? Exp. 7-9 Amplificadores Operacionais Eletrônica Experimental

12 Apêndices APÊNDICE 1 Fonte Simétrica Uma fonte simétrica é composta de duas fontes em série onde o ponto de referência é obtido no meio da associação. No caso da fonte HP3631A disponível no laboratório, utiliza-se a fonte simétrica ± 25V ajustada para ± 15V. Além disso, pode-se utilizar a função TRACK dessa fonte de alimentação. Esta função faz com que o módulo da tensão da fonte V- seja sempre igual ao da fonte V+. V+ E3631A 0-6V,5A/0-±25V,1A TRIPLE OUTPUT DC POWER SUPPLY ADJUST 15V FUNCTION Select +6 V +25 V -25 V Track Display Unit Recall Store Error I/O Config Output On/Off Load Calibrate S e c u r e Voltage Current 15V Power On Off 6 V ± 25 V COM ± 240 VDC MAX TO V- V+ V- Fonte simétrica Eletrônica Experimental Amplificadores Operacionais Exp. 7-10