Instituto uperior Técnico Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Área de Electrónica O amplificador operacional Parte : Factor de rejeição de modo comum (CMRR),taxa de inflexão (slew rate) e tensão de desvio (offset) Trabalho de Laboratório Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica Licenciatura em Engenharia de Redes de Comunicação e Informação (LERCI) Helena armento º semestre 00/00
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 analisar algumas das limitações que o amplificador operacional apresenta face a um amplificador ideal. erão comparados resultados experimentais com análises teóricas e/ou simulações eléctricas de circuitos. Material Módulo Operacional Amplifier DL M, 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 Ganho de modo diferencial, ganho de modo comum e factor de rejeição de modo comum Análise teórica: Considere os circuitos das figuras e. Admitindo o Ampop ideal, determine as expressões do ganho de modo diferencial A d = vod / vid e do ganho de modo comum A = v / v. c oc ic v id v ic v od v oc Figura Modo diferencial Figura Modo comum Helena armento º semestre 00/00
imulação: Utilizando o Pspice (ambiente ORCAD), simule o comportamento eléctrico destes dois circuitos. Utilize para o amplificador operacional o componente de biblioteca, ua7/eval. R = kω,r = 00 kω, R = kω e R7 = 00 kω. Efectue uma análise AC (entre 0,0 Hz e 00 MHz). Qual o valor do ganho de modo diferencial e do ganho de modo comum (em db)? Determine o factor de rejeição de modo comum (CMRR Common Mode rejection Rate) definido pela equação. CMRR = 0 log 0 (A d /A c ) (db) (eq ) Parte experimental: i) Ligue as tensões DC ( V, V e 0 V) ao módulo DL M,. ii) Efectue as ligações e escolha convenientemente as posições dos interruptores, e, de modo a obter o circuito da figura. R G V V Figura Esquema do circuito para determinar o modo diferencial iii) Aplique na entrada uma tensão sinusoidal f = khz com uma amplitude que evite a saturação do ampop. Determine o valor do ganho de modo diferencial. iv) Efectue as ligações e escolha convenientemente as posições dos interruptores, e, de modo a obter o circuito da figura. R G V V Figura Esquema do circuito para determinar o modo comum Helena armento º semestre 00/00
v) Aplique na entrada uma tensão sinusoidal f = khz com uma amplitude que origine na saída um valor pico a iço de 0 V. Determine o valor do ganho de modo comum. vi) Determine o factor de rejeição de modo comum. Taxa de inflexão (slew rate) Considere o circuito da figura. v i R v o R = 0 kω,r = 0 kω e R = 0 kω. Figura Análise da taxa de inflexão imulação: Utilizando o Pspice, efectue uma análise no tempo, aplicando na entrada uma onda quadrada de 0 khz que varie entre ±, V. Compare a forma de onda da entrada com a da saída. Parte experimental: i) Aplique na entrada uma onda sinusoidal com Vpp = 0 V e khz. Aumente a frequência do sinal. Verifique a distorção no sinal de saída. Comente. ii) Aplique na entrada de 0 khz que varie entre ±, V. Determine V/ t (taxa de inflexão ou slew rate). Compare com o valor do catálogo []. Vo V V t t t Figura Análise da taxa de inflexão Compare com os valores obtido na análise teórica. Helena armento º semestre 00/00
Tensão de desvio (offset) Considere o circuito da figura 7. v o R = 00 kω,r = 00 kω, R = 00 kω Figura 7 imulação da tensão de desvio Análise teórica: Qual o valor de Vo? Parte experimental: Monte o circuito da figura 8. V V R V V V Figura 8 Análise da tensão de desvio i) Ligue um voltímetro na saída. Meça o valor da tensão de saída ii) Varie a resistência da resistência R de modo a anular a tensão na saída. Referências [] LM7 Operational Amplifier, National emiconductor, www.national.com/ds/lm/lm7.pdf Helena armento º semestre 00/00