2 REALIMENTAÇÃO NEGATIVA

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1 2 EALIMENTAÇÃO NEGATIA Cm a realimentaçã negativa cnseguirems efeits realmente impressinantes. Utilizand um únic amp p de us geral 741C ( fusca ds amp ps) cnseguirems implementar circuits cm resistência de entrada tã alta cm 200MΩ (muit mair que a resistência de entrada d própri amp p) u tã baixa cm 0,1Ω (quase um curt circuit). Cnseguirems fazer amp p trabalhar cm fnte de tensã u cm fnte de crrente quase ideal. Em tds circuits lineares, nde amp p pera nã saturad, pdems a firmar que amp p está submetid a uma realimentaçã negativa. Lista de material:!" Semicndutres LM741C (1) 1N758A (did zener de 10) (2)!" esistres Ω (1) 10kΩ (2) 15kΩ (1) 30kΩ (1) 1MΩ (2) 1 Fnte de Tensã!" Mntar circuit cnfrme diagrama esquemátic da Figura 1.!" Cnferir as ligações, principalmente a de alimentaçã.!" Ligar a alimentaçã de ±15.!" Ajustar multímetr para medir tensã cntínua de até 20DC.!" Medir a tensã de saída. p/ I O =6mA O = [] Segund a teria, = i f i = (10k / 15k).(15) = 10 A pequena diferença encntrada se deve à tensã de entrada nã ser exatamente 15 e devid à tlerância ds resistres i e f. 15 i=15k f=10k I If IL DC A crrente frnecida pel amp p é 6mA, sma da crrente n el de realimentaçã If=Ii=i/i=1mA, cm a crrente frnecida à carga I L = / L =5mA.!" etirar a carga d circuit e medir nvamente. Figura 1: Fnte de Tensã Se a carga fr instalada entre terminal de saída d amp p e terra, terems uma fnte de tensã quase ideal, u seja, a tensã de saída nã varia cm a variaçã da carga. p/ I O =1mA = [] Cm a retirada da carga, haverá uma reduçã da crrente frnecida pel amp p, I = 5mA, que prvcará uma pequena variaçã de tensã de saída. = O(1mA) O(6mA) Prvavelmente nã será pssível medir qualquer variaçã a través de multímetr de 3.1/2 dígits. EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 1

2 Experiências cm Amplificadres Operacinais ealimentaçã Negativa A resistência de saída deste circuit será OUT = I OUT = [Ω] Este valr muit baix cmprva que amp p funcina cm fnte de tensã quase ideal u fnte de tensã firme. 2 Fnte de Crrente através de um utr multímetr u através d scilscópi ajustad em: CH1=5/DIDC, POS. CENTAL BASE DE TEMPO 1ms/DI TIGGE=AUTO.!" Curtcircuitar L e medir I L nvamente p/ L =0 I L = [ma] A tensã de saída deve ser aprximadamente zer. 15 i=15k f=10k DCA I=If=IL A resistência de saída deste circuit, vista pela carga, é um valr muit alt, cmprvand a característica deste circuit cm fnte de crrente quase ideal. L =10 OUT = I L L Figura 2 Fnte de Crrente OUT = [Ω] Se a carga fr instalada entre terminal de saída e terminal de entrada inversra d amp p, terems uma fnte de crrente quase ideal,u seja, a crrente nã varia cm a variaçã da carga.!" Mntar circuit cnfrme diagrama esquemátic da Figura 2. O circuit é semelhante a anterir, prém, a carga é instalada n el de realimentaçã negativa d amp p. 3 Terra irtual Cm a realimentaçã negativa, ptencial da entrada inversra é igual a ptencial da entrada nã inversra, desde que amp p nã esteja saturad. É um curtcircuit virtual f=30k!" Medir a crrente I L. p/ L 10 I L = [ma] i (CH1) i=15k (CH2) Esta crrente será bem próxima de I L = I i =i / i = 15 / 15k Ω = 1mA. A tensã de saída será aprximadamente 10, que pderá ser cnfirmada Figura 3: Amplificadr Inversr e Terra irtual EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 2

3 Experiências cm Amplificadres Operacinais ealimentaçã Negativa Se terminal da entrada nã inversra estiver n ptencial d terra, terminal da entrada inversra também estará n ptencial d terra. É cm se a entrada inversra estivesse aterrada, daí term TEA ITUAL.!" Mntar circuit da Figura 8, sem s dids zener. Ajustes d scilscópi CH1=5/DI, DC; POS.CENTAL CH2=5/DI; DC; POS.CENTAL ETIAL MODE: BOTH, CHOPPE. BASE DE TEMPO=1ms/DI TIGGE=CH2; AUTO, SLOPE,!" Mudar CH1 para terminal da entrada inversra e (pin 2 d 741). cê deverá estar bservand uma frma de nda cm da Figura 5. Observe que exatamente n interval nde amp p está saturad, a entrada inversra apresenta uma tensã. Este terminal deixa de ser terra virtual quand amp p entra em saturaçã. Geradr de Funções (GF) TIANGULA, 200Hz; 5p. Manter a amplitude d GF em ZEO até ligar a alimentaçã de ±15. Ajustar GF smente depis de energizar amp p.!" Observar sinal de entrada e sinal de saída. O sinal de saída está invertid e tem dbr da amplitude em relaçã a sinal de entrada ms Figura 5 Amp p saturad.!" Instale s dis dids zener de 10, back t back, cm indicad n diagrama esquemátic da Figura ms Figura 4 Amp p NÃO saturad.!" Aumentar sinal de entrada até sinal de saída ceifar. O ceifament deve crrer em aprximadamente 14, que é a tensã de saturaçã deste amp p ms Figura 6 Amp p CEIFADO SEM saturaçã. Mesm cm a tensã de saída ceifada em 10,5, a entrada inversra d amp p permanece cm TEA ITUAL. Os dids Zener evitam a saturaçã d amp p mesm cm ver drive (sinal de entrada suficiente para levar amp EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 3

4 Experiências cm Amplificadres Operacinais ealimentaçã Negativa p à saturaçã). Evitar a saturaçã d amp p é a cndiçã para garantir terra virtual. Além desta vantagem, s dids zener limitam a tensã de saída dentr ds níveis de 10 e 10, um padrã industrial. O did zener evita a saturaçã d amp p, e garante terra virtual.!" Diminuir a amplitude de i para 5 de pic. Observe que sinal de saída nã está ceifada. A tensã da entrada inversra (e) é praticamente zer (terra virtual). Diminuind sinal de entrada, de frma que nã crra a saturaçã d amp p, a entrada inversra vlta a ser terra virtual em td interval. Nã significa que a tensã neste terminal seja zer. Se alterarms CH1=5m/DI pderems ver um sinal, prvavelmente quadrad. vezes a cada aument de freqüência em 10 vezes). Acima desta freqüência de crte, amp p se cmprta nã cm um amplificadr escalar, e sim cm um integradr. AOL 100dB 0dB 10Hz 1MHz GBP Figura 8 espsta em freqüência d amp p. Acima da freqüência de crte (10Hz n 741) a tensã na entrada inversra d amp p será: v 1 d ( t) = vi ( t). dt vi ( t) Td v( t) T dt = i e 1 d ( t) = 2π. GBP v ( t dt ) Para um sinal senidal, teríams uma utra nda senidal defasada 90 (um csen) ms Figura 7 Entrada Inversra cm Amp p nã saturad. Abaix de 10Hz a frma de nda da entrada inversra (e) seria igual a de saída () cm fase invertida.!" Mude a escala de CH1 (e) para 50m/DI e aumente a freqüência para 1kHz. O sinal de saída cntinua triangular de 10 de pic e a tensã e aumentu. O 741 apresenta um ganh de tensã em malha aberta de (u 100dB) até a freqüência de 10Hz. Acima desta freqüência ganh diminui numa taxa de 20dB pr década (diminui 20dB u 10 = A OL ( e e ) EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 4 O Mas, cm a entrada nã inversra (e) está aterrada. e = A O OL

5 Experiências cm Amplificadres Operacinais ealimentaçã Negativa 4 Funçã de transferência. (md XY) 1) Ligar canal CH1 d scilscópi (X) a sinal de entrada i (saída d geradr de funções). 2) Ligar canal CH2 (Y) a sinal de saída. 3) Aumentar sinal de entrada para 10 de pic (20pic a pic). 4) Ajustar scilscópi para MODO XY (geralmente este cmand está n seletr da base de temp d scilscópi) X =i e Y =. Estarems bservand a funçã de transferência d circuit. Mesm alterand sinal para senidal, a funçã de transferência nã muda. 6Pnts de teste De md geral, s pnts de teste ns circuits eletrônics devem ser s pnts de baixa impedância. Agind desta frma evitams interferências que instruments de medidas pdem prvcar ns circuits. Ns circuits cm amp p, pnt de teste geralmente é terminal de saída d amp p. f=1m (CH2) b=1m Figura 10 Pnt de Teste 5 5 1ms Cm s terminais de entrada d amp p sã muit sensíveis, eles nã devem ser tcads, mesm cm as pntas de prva ds multímetrs u scilscópi, sb pena de prvcar grandes perturbações n sinal de saída. Se este circuit estiver em peraçã n sistema, pderems prvcar séris prblemas, inclusive acidentes. 5 5 XY Figura 9 Funçã de Transferência Esta curva indica que: a) enquant nã crrer a saturaçã amplificadr é linear b) a inclinaçã para a esquerda indica inversã de fase (φ=180º)!" Ajustes d scilscópi TIGGE SOUCE: EXTLINE SLOPE, MODE: AUTO LEEL 0!" Mntar circuit da Figura 10 e tcar, cm ded, um ds terminais de entrada d amp p. Observar sinal de saída. EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 5

6 Experiências cm Amplificadres Operacinais ealimentaçã Negativa Trig EXT LINE O sinal de saída deverá ser cntínu, de aprximadamente 14, psitiv u negativ. O amp p está saturad. Se retirarms resistr i, u seja, entrada inversra aberta, 741 irá saturar psitivamente. etirand b, entrada nã inversra aberta, 741irá saturar negativamente. 1 2ms Figura 11 Oscilgrama da Interferência da ede Quand sincrnism da varredura d scilscópi é feit pel sinal da rede (TIGGE=EXTLINE) e sinal bservad estiver "parad" na tela, significa que este sinal está relacinad cm a rede de alimentaçã. T= [ms] f= [Hz]!" Desligar a alimentaçã de ±15 e trcar s resistres de 1MΩ para 10kΩ. Ligar a alimentaçã e repetir a experiência. O sinal de saída será bem menr, cmprvand que: Quant menr a resistência, menr será ruíd e interferência n circuit". 7 Acplament DC SEMPE que pssível utilize acplament DC. Se acplament destes canais estivessem em AC, nã pderíams afirmar iss. Estaria indicand sempre ZEO. i=10k b=10k CH2 DC CH1 DC Figura 12 Interferência da rede de 60Hz.!" Tcar uma das entradas d amp p cm ded. cê deverá estar bservand uma nda quadrada na saída d amp p. Os dis canais devem a presentar a mesma frma de nda bviamente.!" Mudar md de acplament d canal CH2 para AC. A distrçã em CH2AC se deve a acplament AC. O acplament AC distrce sinal em baixa freqüência.!" Mntar circuit da Figura 12 Os canais verticais CH1 e CH2 devem mnitrar mesm sinal de saída e devem estar n md de acplament DC para que pssams bservar a frma de nda "cm exatamente ela é", cm a cmpnente AC mais a cmpnente DC. EFEI IEE / DON Kazu Nakashima 6