Circuitos com Amplificadores Operacionais

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Cacilda Palmeira Mangueira
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1 Experiência N o 05 Circuitos com Amplificadores Operacionais I - Objetivos Esta experiência tem como objetivo analisar circuitos contendo amplificadores operacionais utilizando as aproximações de amplificador operacional ideal II - Introdução Teórica O amplificador operacional é um elemento ativo com alto ganho projetado para ser utilizado com outros elementos de circuito e realizar funções de processamento de sinal. O amplificador µa741 da Farchild Semiconductors é mostrado na figura a 5.1. O amp. op. como é chamado possui oito pinos sendo dois utilizados para funções de polarização e três utilizados para as funções de processamento do sinal. Figura Esquemático do Amplificador Operacional As fontes de tensão são utilizadas para polarizar o amplificar operacional. A polarização consiste em energizar o amp. Op. de modo que este funcione de modo apropriado. Uma vez que o amplificador esta polarizado, as fontes de tensão tem pouco efeito no funcionamento do mesmo(para análise de circuito). No caso do µa741 as tensão de polarização são de + 15 V em V + e -15 V em V

2 O amplificador operacional é constituído de uma porta de saída (output) e duas portas de entrada. As portas são chamadas de entrada inversora (v1) e entrada não inversora (v2) (Figura 5.2). Figura Esquema elétrico das 5 portas do amplificador operacional A análise que é utilizada para amplificadores se vale de algumas simplificações: 1) As correntes que entram pelas portas de entrada do amplificador operacional são zero (i1=i2=0). 2) A tensão da porta inversora (v1) e da porta não inversora (v2) são iguais. No µa741, estas duas simplificações são satisfeitas desde que a tensão de entrada seja menor que 14 V, a corrente de entrada seja menor que 2 ma e a taxa de variação da tensão de entrada seja menor que Volts/segundo. Ou seja o amp. Op. não pode produzir tensão ou correntes arbitrariamente grandes, nem variar a tensão de saída arbitrariamente rápido. Utilizando estas simplificações, torna-se bastante simples analisar circuitos com amplificadores operacionais. Considere o exemplo da Figura 5.3 de um amp. Op. em uma configuração do tipo isoladora (buffer). Figura Configuração Buffer Como as tensões das portas inversoras são iguais, então a tensão de entrada e de saída são iguais (Vout=Vin). 5.2

3 III - Equipamentos, Componentes e Ferramentas Utilizados. Osciloscópio Phillips PM Multímetro Phillips PM 2517X. Gerador de função HP 3310 A Amplificador operacional µa741 Fonte DC. Freqüencímetro HP 5381 A Alto falante de 8 Ω. Resistores:2 de 1 kω, 2 de 4,7 kω, 2 de 47 kω e 2 de 470 Ω IV - Procedimento Experimental IV.I Amplificador não inversor Monte o circuito da Figura 5.4. Este é o circuito de polarização do amplificador operacional em conjunto com o amplificador não inversor. Utilize o gerador de funções HP 3310 como uma fonte senoidal de 1 khz com amplitude de 50mV: Figura 5.4 Amplificador não inversor com circuito de polarização Note que este circuito é idêntico ao da Figura 5.5, ao ser omitida a rede de polarização do amplificador operacional. 5.3

4 Figura Amplificador não inversor a) Utilizando o osciloscópio meça a tensão de saída Vout e a tensão de entrada Vin; b) Substitua o resistor de 4,7 kω por um de 47 kω. Utilizando o osciloscópio meça a tensão de saída Vout e a tensão de entrada Vin; c) Qual a razão entre a tensão Vout sobre Vin nos dois casos? Tente sempre verificar se os valores medidos coincidem com a teoria. IV.II Amplificador diferencial Monte o circuito da Figura 5.6. Este é o circuito de polarização do amplificador operacional em conjunto com o amplificador diferencial. Conecte o alto falante de 8 Ω aos terminais AB: Figura 5.6 Amplificador diferencial com circuito de polarização 5.4

5 Note que este circuito é idêntico ao da Figura 5.7, ao ser omitida a rede de polarização do amplificador operacional. Figura Amplificador diferencial d) Utilizando o osciloscópio meça a tensão de saída Vout; e) Peça para um colega de bancada falar próximo ao alto falante. O que você observa? Faça barulho (palmas, etc...) próximo ao alto falante. Observe o osciloscópio. O que está acontecendo? V - Parte Computacional Seja o circuito com amp. op. da Figs. 5.5 e 5.4: a) Simule estes circuitos. Quais as diferenças observadas? b) Qual a razão entre a tensão de saída Vout e de entrada Vin para os dois valores de resistência (4,7 kω e 47 kω)? Utilize o MAPLE e EWB para confirmar seus resultados. VI - Relatório No seu relatório inclua o seguinte item: (a)compare os valores obtidos no experimento com os valores simulados no EWB, e obtidos pela aplicação da análise do circuito. Qual é o erro obtido? (b)como é possível ao alto falante funcionar como microfone? Discuta possíveis aplicações deste circuito. 5.5

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