3---amplificadores-operacionais-v2.0

unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Campus de Guaratinguet

Colgio Tcnico Industrial de Guaratinguet Professor Carlos Augusto Patrcio Amorim

Amplificadores

Operacionais

Prof. Marcelo Wendling

2010

Verso 2.0

ndice

Introduo....................................................................................................................................... 4

1 Conceitos Fundamentais............................................................................................................ 4

1.1 Definio............................................................................................................................ 4

1.2 Simbologia ......................................................................................................................... 4

1.3 Descrio Bsica de um AOP ............................................................................................. 5

1.3.1 Modo de funcionamento bsico ................................................................................... 5

1.4 Conceito de Amplificador Diferencial ................................................................................ 6

1.5 Tenso de Offset ................................................................................................................. 6

1.6 Ganho de Tenso de um Amplificador................................................................................ 7

1.7 Caractersticas de um Amplificador Operacional ................................................................ 8

1.7.1 Impedncia de Entrada e Sada .................................................................................... 8

1.7.2 Ganho de Tenso ....................................................................................................... 10

1.7.3 Resposta de Frequncia (BW).................................................................................... 10

1.7.4 Sensibilidade Temperatura (DRIFT) ....................................................................... 10

1.8 Modos de Operao.......................................................................................................... 10

1.8.1 Sem Realimentao ................................................................................................... 10

1.8.2 Realimentao Positiva.............................................................................................. 11

1.8.3 Realimentao Negativa ............................................................................................ 11

1.9 Alimentao do AOP........................................................................................................ 12

1.10 Exerccios de Fixao..................................................................................................... 12

2 Comparadores de Tenso ........................................................................................................ 13

2.1 Comparador No-Inversor com VR Nula........................................................................... 13

2.2 Comparador Inversor com VR Nula .................................................................................. 14

2.3 Comparador No-Inversor com VR > 0 ............................................................................. 15

2.4 Comparador Inversor com VR > 0..................................................................................... 16

2.5 Exerccios de Fixao....................................................................................................... 17

3 Circuitos Bsicos com AOP .................................................................................................... 19

3.1 Amplificador Inversor ...................................................................................................... 19

3.2 Amplificador No-Inversor............................................................................................... 19

3.3 Seguidor Unitrio ............................................................................................................. 20

3.4 Amplificador Somador ..................................................................................................... 21

3.5 Amplificador Somador No-Inversor................................................................................ 22

3.6 Amplificador Diferencial ou Subtrator.............................................................................. 23

3.7 Diferenciador ................................................................................................................... 23

unesp Colgio Tcnico Industrial de Guaratinguet

Amplificadores Operacionais V2.0 | Prof. Marcelo Wendling

3

3.8 Integrador......................................................................................................................... 24

3.9 Ajuste de Offset (Consideraes Prticas) ......................................................................... 24

3.9.1 Terminais Especficos................................................................................................ 24

3.9.2 Resistor de Equalizao (Balanceamento Externo)..................................................... 25

3.10 Amplificador de CA com AOP....................................................................................... 26

3.11 Exerccios de Fixao..................................................................................................... 27

4 - Proteo em Circuitos com AOP.............................................................................................. 29

4.1 Proteo das Entradas de Sinal ......................................................................................... 29

4.2 Proteo de Sada ............................................................................................................. 30

4.3 Proteo nas Entradas de Alimentao.............................................................................. 30

4.4 Proteo contra Rudos ..................................................................................................... 30

5 Anlises Prticas de Falhas...................................................................................................... 31

6 Experincias de Laboratrio .................................................................................................... 33

6.1 Experincia 1: Realimentao Negativa............................................................................ 33

6.2 Experincia 2: Ajuste de Offset......................................................................................... 35

6.3 Experincia 3: Amplificador Somador .............................................................................. 37

6.4 Experincia 4: Amplificador Subtrator.............................................................................. 39

7 Problemas Analticos............................................................................................................... 41

Bibliografia................................................................................................................................... 44



4

Introduo

muito difcil enumerar a totalidade das aplicaes desse fantstico componente

denominado Amplificador Operacional. De modo geral, podemos dizer que suas aplicaes esto

presentes nos sistemas eletrnicos de controle industrial, na instrumentao industrial, na

instrumentao mdica (eletromedicina ou bioeletrnica), nos equipamentos de telecomunicaes,

nos equipamentos de udio, nos sistema de aquisio de dados, etc.

Apresentamos um contedo bsico para o conhecimento e utilizao de Amplificadores

Operacionais.

1 Conceitos Fundamentais

1.1 Definio

O Amplificador Operacional (AOP) um amplificador multiestgio com entrada diferencial

cujas caractersticas se aproximam das de um amplificador ideal.

As caractersticas ideais de um AOP so:

a) Impedncia de entrada infinita;

b) Impedncia de sada nula;

c) Ganho de tenso infinito;

d) Resposta de frequncia infinita;

e) Insensibilidade temperatura.

1.2 Simbologia

V entrada inversora;

V+ entrada no-inversora;

Vo sada.



5

1.3 Descrio Bsica de um AOP

O AOP possui duas entradas e uma sada, que possui um valor mltiplo da diferena entre as

duas entradas. O fator A o ganho de tenso do Amplificador Operacional, ou seja, a relao entre

a tenso de entrada diferencial e a de sada do dispositivo:

( ) ( )[ ]+ = VVAVo .

1.3.1 Modo de funcionamento bsico

Consideremos o circuito abaixo:

Supondo que o ganho A seja de 100.000, obtemos a tenso de sada Vo:

VVo

Vo

5

)10.8,410.75,4.(100000 33

=

=

Por definio sempre o fator A ser positivo e sempre que V1 V2 for menor que zero a

tenso de sada ser negativa ou vice versa.



6

1.4 Conceito de Amplificador Diferencial

Na figura abaixo, temos o circuito de um amplificador diferencial elementar:

Supondo idealmente o circuito simtrico, os transistores Q1 e Q2 idnticos, podemos

observar que a tenso de sada Vo ser diretamente proporcional diferena entre as tenses de

entrada V1 e V2, o que faz com que a tenso de sada seja zero quando V1=V2.

1.5 Tenso de Offset

Idealmente, a tenso de sada do amplificador diferencial da figura anterior deveria ser nula

quando V1=V2=0. Todavia, devido s diferenas existentes nas caractersticas de Q1 e Q2, tem-se

um desbalanceamento das correntes no circuito e, consequentemente:

VBE1 VBE2

A diferena, em mdulo, entre esses valores de VBE denominada Tenso de Offset de

Entrada, e ser representada por Vi(offset):

21)( BEBEi VVoffsetV =



7

Essa tenso de offset de entrada age como um sinal diferencial aplicado nas entradas do

AOP e produz uma tenso diferencial na sada (proporcional ao ganho A) do mesmo. Essa tenso

de sada denominada Tenso de Offset de Sada (ou tenso de erro de sada) e ser representada

por VO(offset).

Em circuitos de alta preciso, necessrio minimizar ou eliminar essa tenso de erro na

sada do dispositivo.

No caso de um AOP, o cancelamento ou balanceamento dessa tenso de erro obtido

atravs de um divisor de tenso conectado ao estgio diferencial de entrada. Esse divisor de tenso

ir permitir o balanceamento das correntes de base e de coletor, de tal forma que a diferena

entre os valores de VBE1 e VBE2 se anule. Esse ajuste deve ser feito com as entradas inversora e no-

inversora conectadas ao terra. Aps o balanceamento, pode-se proceder a montagem do circuito

desejado, tomando-se cuidado para no alterar o ajuste efetuado.

Alguns AOP possuem os terminais prprios para o ajuste da tenso de offset de sada.

Entretanto, existem outros que no possuem esses terminais e o usurio dever montar um circuito

externo convenientemente conectado s entradas do AOP para executar o ajuste. O procedimento

para a execuo do ajuste ser abordado posteriormente.

1.6 Ganho de Tenso de um Amplificador

Na figura abaixo, temos o smbolo de um amplificador genrico:

Sendo:

Vi sinal de entrada;

Vo sinal de sada;

Av ganho de tenso.



8

Conceitua-se ganho de tenso, o fator pelo qual a tenso de entrada multiplicada

resultando a sada do dispositivo.

Assim, podemos escrever:

( )Vi

VodBA

Vi

VoA VV log20==

A importncia da utilizao do ganho de tenso em decibis (dB) justifica-se quando so

utilizados grandes valores para Av.

1.7 Caractersticas de um Amplificador Operacional

Discutiremos sobre as caractersticas ideais que qualquer amplificador deveria ter. Os AOP

reais tentam se aproximar dessas caractersticas ideais.

1.7.1 Impedncia de Entrada e Sada

Consideremos o circuito abaixo representa o modelo de uma fonte alimentando um

amplificador, e este, alimentando uma carga:

Sendo:

Vi gerador;

Ri resistncia interna do gerador;

Zi impedncia de entrada do amplificador;



9

Vo gerador do sinal amplificado (A.VZi);

Zo impedncia de sada do amplificador;

RL carga.

Observando o modelo anterior, podemos determinar que a tenso de entrada no amplificador

(VZi) determinada por:

i

ii

iZi V

ZR

ZV

+=

Ou seja, quanto maior for o valor da impedncia de entrada (Zi) do amplificador, maior ser

o percentual de tenso do gerador na entrada no amplificador, portanto podemos concluir que:

iZii VVZ

J em relao impedncia de sada (Zo), a partir da equao da malha de sada do

amplificador, podemos concluir que:

OLORL ZiVV .=

Portanto, para se obter todo sinal de sada sobre a carga, necessrio que a impedncia de

sada do amplificador seja muito baixa, ou seja:

oRLo VVZ 0

Observao: Nos manuais de fabricantes so fornecidos os valores das resistncias

(impedncias) de entrada e sada do AOP, as quais representaremos, respectivamente, por Ri e Ro.



10

1.7.2 Ganho de Tenso

Para que a amplificao seja vivel, inclusive para sinais de baixa amplitude, como sensores,

necessrio que o amplificador possua um alto ganho de tenso. Idealmente esse ganho seria

infinito.

Nos manuais dos fabricantes encontra-se o valor do ganho de tenso dos AOP, o qual

representaremos por AV. Para o AOP 741 o valor tpico de AV de 200.000, porm existem AOP

com AV da ordem de 107 ou mais.

1.7.3 Resposta de Frequncia (BW)

necessrio que um amplificador tenha uma largura de faixa muito ampla, de modo que um

sinal de qualquer frequncia possa ser amplificado sem sofrer corte ou atenuao. Idealmente BW

deveria se estender desde zero a infinitos hertz.

Nos manuais dos fabricantes encontra-se o valor de largura de faixa mxima do AOP,

geralmente de maneira grfica, a qual representamos genericamente por BW (bandwidth).

1.7.4 Sensibilidade Temperatura (DRIFT)

As variaes trmicas podem provocar alteraes acentuadas nas caractersticas eltricas de

um amplificador. A esse fenmeno chamamos DRIFT. Seria ideal que um AOP no apresentasse

sensibilidade s variaes de temperatura.

Nos manuais de fabricantes encontram-se os valores das variaes de corrente e tenso no

AOP, provocadas pelo aumento de temperatura. A variao da corrente representada por I/T e

seu valor fornecido em nA/C. A variao da tenso representada por V/T e seu valor

fornecido em V/C.

1.8 Modos de Operao

1.8.1 Sem Realimentao

Este modo tambm denominado operao em malha aberta e o ganho do AOP estipulado

pelo prprio fabricante, ou seja, no se tem controle sobre o mesmo. Esse tipo de operao muito

til quando se utiliza circuitos comparadores. Na figura abaixo temos um AOP em malha aberta.

Este circuito um comparador e ser estudado posteriormente:



11

1.8.2 Realimentao Positiva

Esse tipo de operao denominada operao em malha fechada. Apresenta como

inconveniente o fato de conduzir o circuito instabilidade. Uma aplicao prtica da realimentao

positiva est nos circuitos oscilados. A figura abaixo mostra um AOP submetido realimentao

positiva:

1.8.3 Realimentao Negativa

Esse modo de operao o mais importante em circuitos com AOP, tambm um modo de

operao em malha fechada, porm com resposta linear e ganho controlado. Na figura abaixo temos

um AOP operando com realimentao negativa.



12

1.9 Alimentao do AOP

Os AOP so comumente representados pela simbologia abaixo, onde so representados seus

terminais de alimentao, denominados +V e V:

Esses valores representam o mximo de tenso (positiva ou negativa) que o dispositivo

poder fornecer.

Num primeiro momento, idealmente, fixemos que esses so os potenciais extremos do

dispositivo e, posteriormente, analisaremos situaes especficas.

1.10 Exerccios de Fixao

1) Defina AOP.

2) Citar as caractersticas ideais de um AOP e explicar o significado de cada uma delas.

3) Explicar o conceito de Tenso de Offset.

4) Conceituar ganho de tenso.

5) Se pelo Teorema da Mxima Transferncia de Potncia obtemos o maior rendimento de

transferncia de potncia quando a resistncia da fonte e a resistncia da carga (no caso na

impedncia de entrada do AOP) so iguais, explique por que, em termos de AOP, busca-se

uma impedncia de entrada tendendo ao infinito (idealmente) e no uma impedncia igual

resistncia do gerador.



13

6) Sabemos que os AOP so baseados em elementos semicondutores (principalmente

transistores). Pesquise qual a influncia da temperatura nos semicondutores em termos de

portadores de carga.

2 Comparadores de Tenso

So circuitos que utilizam AOP em malha aberta, sem realimentao, ou seja, com AV .

O valor de Vo determinado apenas pela alimentao do dispositivo.

Circuitos comparadores faro a comparao entre dois sinais distintos ou entre um sinal

distinto e um de referncia (VR). Se a diferena entre os sinais foi positiva (V+ - V- > 0), o

dispositivo ficar saturado (devido relao AV ) e forar uma sada Vo +V, caso ocorra o

inverso, devida a mesma saturao (em sentido inverso), a sada ser Vo -V, onde V so os

valores da alimentao do AOP.

Observao: Em alguns AOP, quando saturados, no enviam seus sinais V para a sada, e

sim valores menores que +V e maiores que V, devida a utilizao de parte dessa tenso de

alimentao para o funcionamento interno do dispositivo. Portanto podemos entender +V e V

como os limites mximos de tenso na sada do AOP.

2.1 Comparador No-Inversor com VR Nula

A partir do circuito podemos concluir que:

=

VVV

VVVse

outin

outin

0

0



14

Com essa concluso, podemos construir um grfico da funo de transferncia do circuito:

2.2 Comparador Inversor com VR Nula


+=

VVV

VVVse

outin

outin

0

0




15

2.3 Comparador No-Inversor com VR > 0


=

VVVV

VVVVse

outRin

outRin




16

2.4 Comparador Inversor com VR > 0


+=

VVVV

VVVVse

outRin

outRin




17


1) O que um comparador?

2) Explicar os tipos bsicos de comparadores, bem como os seus respectivos circuitos e

caractersticas de transferncia.

3) Construa as funes de transferncia dos circuitos abaixo:

4) Com base no circuito e no grfico da tenso de entrada no comparador abaixo, construa o

grfico da tenso de sada do AOP.



18

5) De acordo com o circuito abaixo, desenhe a forma de onda em Vo, sabendo que os sinais

de entrada V1 e V2 seguem a figura abaixo:



19

3 Circuitos Bsicos com AOP

Vamos estudar alguns circuitos que utilizam AOP e suas principais caractersticas, alm de

algumas consideraes prticas para o uso do AOP.

3.1 Amplificador Inversor

O amplificador de ganho constante mais amplamente utilizado o amplificador inversor,

mostrado abaixo. A sada obtida pela multiplicao da entrada por um ganho (fator A) constante,

fixado pelo resistor de entrada R1 e o resistor de realimentao Rf. Essa sada tambm invertida

em relao entrada.

i

f

O VR

RV

1

=

3.2 Amplificador No-Inversor

A figura abaixo mostra um circuito com AOP que trabalha como um amplificador no-

inversor ou multiplicador de ganho constante. Observe que a conexo do amplificador inversor

mais utilizada por ser mais estvel entre as duas.

i

f

O VR

RV

+=

1

1



20

3.3 Seguidor Unitrio

O seguidor unitrio, mostrado abaixo, fornece um ganho unitrio (1) sem inverso de

polaridade ou fase. Portanto a sada possui mesma amplitude, polaridade e fase da entrada.

O circuito atua como isolador (buffer) de estgios, reforador de correntes e casador de

impedncias.

iO VV =

Em alguns casos, um seguidor de tenso pode receber um sinal atravs de uma resistncia

em srie, colocada no terminal no-inversor (RS). Nesse caso, para que se tenha um balanceamento

do ganho, usual a colocao de um outro resistor de mesmo valor na malha de realimentao. Na

figura abaixo devemos ter RS=Rf para AV=1.

Uma aplicao prtica do que foi dito a

utilizao do buffer no casamento de

impedncia de sada de um gerador de sinal

com um amplificador de baixa impedncia de

entrada, conforme ilustrado a seguir:



21

3.4 Amplificador Somador

O circuito abaixo mostra um circuito amplificador somador de n entradas que fornece um

meio de somar algebricamente (adicionando) n tenses, cada uma multiplicada por um fator de

ganho constante. Em outras palavras, cada entrada adiciona uma tenso sada, multiplicada pelo

seu correspondente fator de ganho.

A sada VO determinada por:

++++=

=

=n

n

ffffn

i

i

i

f

O VR

RV

R

RV

R

RV

R

RV

R

RV ...3

32

21

11



22

3.5 Amplificador Somador No-Inversor

A figura abaixo nos apresenta a configurao de um somador especial, no qual a tenso de

sada no sofre inverso:

b

f

O VR

RV

+= 1

n

n

n

b

RRRR

R

V

R

V

R

V

R

V

V1

...111

...

321

3

3

2

2

1

1

++++

++++=

++++

++++

+=

n

n

n

f

O

RRRR

R

V

R

V

R

V

R

V

R

RV

1...

111

...

1

321

3

3

2

2

1

1



23

3.6 Amplificador Diferencial ou Subtrator

Este circuito permite que se obtenha na sada uma tenso igual diferena entre os sinais

aplicados, multiplicada por um ganho.

( )121

2 VVR

RVO =

3.7 Diferenciador

O diferenciador um circuito que realiza a operao matemtica da diferenciao. Ele

produz uma tenso de sada proporcional inclinao da funo da tenso de entrada (taxa de

variao).

dt

tdVRCV iO

)(=



24

3.8 Integrador

O integrador um circuito que executa a operao de integrao, que semelhante de

soma, uma vez que constitui uma soma da rea sob a forma de onda ou curva em um perodo de

tempo. Se uma tenso fixa for aplicada como entrada para um circuito integrador, a tenso de sada

cresce sobre um perodo de tempo, fornecendo uma tenso em forma de rampa. A equao

caracterstica do integrador mostra que a rampa de tenso de sada (para uma tenso de entrada fixa)

oposta em polaridade tenso de entrada e multiplicada pelo fator 1/RC.

=t

iO dttVRC

V0

)(1

3.9 Ajuste de Offset (Consideraes Prticas)

J citamos que o AOP apresenta uma tenso de offset de sada mesmo quando as entradas

esto aterradas. Para cancelar essa tenso podemos utilizar de dois mtodos: Ajuste pelos terminais

do AOP ou por circuitos resistivos externos.

3.9.1 Terminais Especficos

Os fabricantes de AOP costumam fornecer dois terminais dedicados no AOP, aos quais se

conecta um potencimetro. O cursor do potencimetro levado a um dos pinos de alimentao para

prover o ajuste ou cancelamento dessa tenso. O cancelamento dessa tenso se d pelo fato de os

pinos citados estarem conectados ao estgio diferencial de entrada do AOP, permitindo, assim, o

balanceamento das correntes de coletor dos transistores.

Esse balanceamento permitir o cancelamento da pequena diferena de tenso existente

entre os valores de VBE dos transistores citados.

Em experincias prticas veremos como fazer esse ajuste.



25

3.9.2 Resistor de Equalizao (Balanceamento Externo)

Quando o AOP no possui os terminais para o ajuste de offset, o mesmo dever ser feito

atravs de circuitos resistivos externos. A figura abaixo exemplifica o ajuste de offset por circuito

resistivo externo em um AOP 307 em uma configurao inversora:

Percebe-se que a utilizao de AOP sem terminais especficos para o ajuste de offset resulta

numa grande perda de tempo e, dependendo do AOP e da preciso dos resistores que devero ser

utilizados, costuma sair mais caro do que a utilizao de um AOP provido desses terminais

especficos.

Porm, em qualquer caso, a tenso de offset poder ser reduzida (mas no anulada), de

forma bem mais simples e prtica, colocando-se um resistor de equalizao no terminal no-

inversor. Esse procedimento aconselhado pelos prprios fabricantes.

O resistor de equalizao (Re) nas figuras abaixo para cada um dos casos:



26

3.10 Amplificador de CA com AOP

Existem ocasies nas quais se torna necessrio bloquear a componente CC de um sinal e

amplificar apenas a sua componente CA. Esses amplificadores de CA so obtidos a partir das

configuraes j mencionadas anteriormente, com a incluso de capacitores de acoplamento.

Para se obter uma amplificador CA inversor basta acrescentar os capacitores C1 e C2,

respectivamente, na entrada de um inversor, conforme ilustra a figura abaixo:

conveniente projetar o circuito anterior de tal modo que os capacitores no apresentem

reatncias muito elevadas. Assim sendo, costuma-se adotar como regra prtica um valor de R1

aproximadamente 10 vezes maior do que XC1, assim como o valor da carga conectada ao circuito

deve ser aproximadamente 10 vezes maior do que XC2. Logo:

11 2

10

fCR

22

10

fCRL



27

Para a configurao no-inversora, deve-se utilizar um resistor R2 em paralelo com a entrada

no-inversora a fim de garantir a polarizao dessa entrada e fazer com que o circuito funcione.

Esse circuito apresenta Zi no to alta e costuma-se adotar R2 na faixa de 10k a 100k.

Evidentemente, o seguidor de tenso (buffer) para CA pode ser obtido do circuito anterior,

fazendo R1 (aberto) e Rf = 0 (curto).


1) Considere um amplificador inversor. Calcule o ganho de tenso para cada um dos conjuntos

de resistores abaixo:

a. R1=1k; Rf=1,2k;

b. R1=1k; Rf=4,7k;

c. R1=2,4k; Rf=4,7k;

d. R1=2,7k; Rf=8,2k;

e. R1=1,2k; Rf=2,3k;

2) Para cada um dos conjuntos de resistores do item anterior, calcule o ganho de tenso para

um amplificador no-inversor.



28

3) Considere um amplificador inversor com um sinal de entrada de 12mV. Calcule o valor da

tenso de sada para cada um dos conjuntos de resistores do item 1.

4) Idem para um amplificador no-inversor.

5) O que resistor de equalizao? Explique sua finalidade.

6) Como se calcula um resistor de equalizao para um amplificador inversor? E para um no-

inversor?

7) Dar a forma de onda do sinal de sada de um diferenciador quando em sua entrada

aplicarmos os seguintes tipos de sinais:

a. Fixo (Vi=K)

b. Rampa (Vi=Kt)

c. Senoidal (Vi=Ksent)

8) Repetir os itens (a) e (c) do exerccio anterior para o caso de um integrador.



29

4 - Proteo em Circuitos com AOP

Abordaremos agora algumas tcnicas de protees para circuitos com AOP que permitem ao

projetista aumentar a confiabilidade e a segurana de um sistema no qual esses circuitos se acham

inseridos.

Sabemos que qualquer componente eletrnico possui especificaes mximas para suas

diversas caractersticas eltricas, tais como tenso, corrente, potncia, etc. Se por algum motivo

alguma dessas caractersticas for ultrapassada, o dispositivo poder sofrer danos irreparveis.

4.1 Proteo das Entradas de Sinal

O estgio diferencial de um AOP poder ser danificado, caso a mxima tenso diferencial de

entrada do mesmo seja excedida. Para o AOP 741 essa tenso da ordem de 30V. Por definio, a

tenso diferencial de entrada medida a partir da entrada no-inversora para a entrada inversora do

AOP.

A maneira mais comum de se proteger as entradas de um AOP consiste na utilizao de dois

diodos em antiparalelos conectados entre os terminais das entradas de sinal do AOP. Os diodos

utilizados devem ser diodos retificadores do tipo 1N4001 ou equivalente. Costuma-se colocar

resistores nas entradas para evitar uma provvel queima dos diodos e garantir, assim, melhor

proteo para o AOP.

J podemos concluir que essa proteo impede que a tenso diferencial de entrada ultrapasse

700mV.



30

4.2 Proteo de Sada

Atualmente a maioria dos AOP possui proteo interna contra curto-circuito na sada. O

AOP 741, por exemplo, apresenta essa proteo. Se consultarmos a folha de dados do fabricante do

AOP 741, encontraremos para a corrente de curto-circuito de sada um valor de 25mA. O fabricante

garante que a durao do curto-circuito de sada pode ser ilimitada ou indeterminada, desde que a

capacidade de dissipao trmica do componente no seja excedida. O AOP 709 no possui

proteo interna contra curto-circuito na sada e, portanto, o fabricante recomenda a colocao de

um resistor externo para essa finalidade.

4.3 Proteo nas Entradas de Alimentao

Essa uma das mais importantes tcnicas de proteo de AOP, pois se a polaridade das

tenses de alimentao do AOP forem invertidas, quase todos os componentes internos sero

polarizados incorretamente, o que danificaria irreversivelmente o componente.

A figura abaixo mostra a forma correta de proteger um AOP contra uma provvel inverso

de polaridade da fonte de alimentao:

4.4 Proteo contra Rudos

A presena de fontes geradores de rudos ou interferncias, prximas aos circuitos com

AOP, pode alterar o nvel de tenso CC de alimentao do integrado, a qual deve ser estabilizada e

de baixssimo ripple.



31

Essa alterao pode prejudicar a resposta do circuito e, dependendo da aplicao e dos

nveis dos sinais processados, poder provocar erros grosseiros e perigosos ao sistema.

Para proteger o AOP contra rudos e oscilaes da fonte de alimentao, costuma-se colocar

um capacitor da ordem de 0,1F entre o terra e cada um dos terminais de alimentao do AOP. Os

capacitores atuam como capacitores de passagem para as correntes parasitas, normalmente de alta

frequncia, produzidas ao longo dos condutores entre a fonte de alimentao e o circuito.

5 Anlises Prticas de Falhas

Fazemos agora uma pequena lista de procedimentos para determinao de falhas em

circuitos com AOP:

a. Conferir a polaridade da alimentao;

b. Conferir as conexes de todos os pinos;

c. Se o AOP estiver se aquecendo, verificar se a sada est curto-circuitada ou se a carga

muito alta (baixo valor hmico);

d. Se a sada de um amplificador (inversor ou no-inversor) estiver saturada, verificar se a

malha de alimentao est aberta (Rf = ) ou se o resistor de entrada est em curto (R1=0);

e. Verificar se o terra do sinal de entrada o mesmo do AOP;



32

f. Verificar se a impedncia de entrada do circuito no est muito baixa, comparada

impedncia de sada da fonte de sinal;

g. Verificar continuidade dos condutores;

h. Verificar se as pistas e pinos metalizados da placa de circuito impresso no esto abertos ou

curto-circuitados;

i. Verificar todos os pontos de solda (solda fria).

Algumas condies ambientes influenciam nas condies de funcionamento do circuito,

podendo at mesmo danific-lo, por isso deve-se levar em conta o grau de incidncia dos seguintes

fatores:

a. Umidade excessiva do ar;

b. Calor excessivo do ambiente;

c. cidos e gases corrosivos na atmosfera ambiente;

d. Partculas metlicas em suspenso;

e. Vibraes mecnicas frequentes;

f. Fontes de interferncias frequentes.



33

6 Experincias de Laboratrio

6.1 Experincia 1: Realimentao Negativa

Objetivos:

Comprovar os efeitos da realimentao negativa no controle de ganho de tenso de

um amplificador inversor e no-inversor.

Comprovar a validade das equaes que definem o ganho de tenso para essa

configurao.

Materiais:

1 resistor de 150k;

1 resistor de 15;

1 AOP LM741.

Procedimentos:

Parte I: Amplificador Inversor

a. Montar o circuito abaixo:

b. Inserir uma onda senoidal de 100mVp / 1kHz.

c. Conectar o canal 1 do osciloscpio na entrada Vi e o canal 2 na sada Vo.



34

d. Observar as formas de onda de entrada e sada do circuito.

e. Com o osciloscpio, medir as tenses de entrada e sada e, com base nesses valores,

calcular o ganho de tenso (AV).

f. Comparar o ganho de tenso medido com o ganho ideal do circuito.

g. Retirar o resistor de realimentao (Rf), verificar e explicar o que acontece com a sada

do circuito.

Parte II: Amplificador No-Inversor


b. Realizar os mesmo procedimentos descritos de b at g da PARTE I.

Concluso:

Elaborar a concluso da experincia em cima dos dados observados aliados aos objetivos

propostos.



35

6.2 Experincia 2: Ajuste de Offset

Objetivos:

Determinar o valor da tenso de offset de entrada do AOP 741.

Fazer o balanceamento do circuito.

Materiais:

1 resistor de 150k;

1 resistor de 15;

1 potencimetro de 10k;

1 AOP LM741.

Procedimentos:




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b. Medir Vo(offset), com o potencimetro desconectado.

c. Determinar Vi(offset) e comparar com o valor fornecido pelo fabricante.

d. Conectar o potencimetro e zerar Vo(offset).

Concluso:


propostos.



37

6.3 Experincia 3: Amplificador Somador

Objetivos:

Comprovar o funcionamento do amplificador somador de duas entradas.

Comparar os resultados reais com os resultados tericos.

Materiais:

1 resistor de 270;

1 resistor de 330;

4 resistores de 15k;

1 resistor de 33k;

1 resistor de 47k;

1 resistor de 150k;

1 AOP LM741.

Procedimentos:

a. Montar os circuitos abaixo:



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b. Aplicar a tenso V1 na entrada Vi(1) e a tenso V2 na entrada Vi(2).

c. Medir as tenses Vi(1), Vi(2) e Vo preenchendo a tabela a seguir.

d. Comparar os resultados reais (medidos) de Vo com os resultados tericos esperados em

cada uma das situaes indicadas na tabela:

Rf = 150k ENTRADAS SADAS

R1 R2 Vi(1) Vi(2) VO REAL VO TERICO

15k 15k

33k 47k

47k 33k

33k 15k

47k 15k

Concluso:


propostos.



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6.4 Experincia 4: Amplificador Subtrator

Objetivos:

Comprovar o funcionamento do amplificador diferencial ou subtrator.

Comparar os resultados medidos com os resultados experimentais.

Materiais:

1 resistor de 10k;



1 potencimetro de 47k;

2 AOP LM741.

Procedimentos:


b. Ajustar o gerador de funes para fornecer uma tenso senoidal de 500mVp / 1kHz.

Aplicar essa tenso em Va.

c. Atuar no potencimetro de modo a obter para Vb um sinal de 1Vp.



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d. Medir a tenso de sada e comparar com o valor ideal esperado (calculado).

e. Conectar o canal 1 do osciloscpio no ponto Vb e o canal 2 na sada do circuito. Atuar

lentamente no potencimetro e verificar o que ocorre com as tenses Vb e Vo. Lembre-se

que Va constante (500mVp).

f. Explicar como o sinal Vb obtido.

Concluso:


propostos.



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7 Problemas Analticos

1) No circuito a seguir (com R1=1k e Rf=100k, supondo o AOP ideal, pede-se:

a. Determinar a tenso VO, em funo de Va e Vb.

b. Determinar o valor de VO, quando Va=10mV e Vb=20mV.

2) Calcular EO no circuito abaixo. Supondo AOP ideais.



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3) Determinar VO no circuito abaixo. Supor o AOP ideal e alimentado com 15V.

4) No circuito abaixo, determinar o valor mnimo e o valor mximo da carga (RL), de modo

que a corrente I esteja situada na faixa de 2mA a 8mA. Supor AOP ideal.

5) Determinar VO no circuito abaixo. Supor AOP ideal.



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6) Dado o circuito a seguir, calcular Vi. Assumir AOP ideal.

7) Obter a equao de sada do circuito abaixo. Supor AOP ideais.

8) Um gerador tacomtrico (ou tacmetro) um tipo de gerador eltrico que fornece uma

tenso de sada proporcional velocidade do seu eixo, o qual mecanicamente acoplado ao

eixo de um motor, possibilitando assim, a medio e o controle da velocidade (em RPM) do

motor. Na figura a seguir, temos o diagrama em blocos de um sistema de controle de

velocidade de um motor CC. Explique o funcionamento desse sistema, bem como a funo

do set-point na entrada no-inversora do comparador.



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Bibliografia

PERTENCE JNIOR, Antonio. Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos. 6 ed.

Porto Alegre: Bookman, 2003. 302 p.

BOYLESTAD, Robert L. NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrnicos e teoria de

circuitos. 8 ed. So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. 671 p.

MALVINO, Albert Paul. Eletrnica Vol. II. So Paulo: McGraw-Hill, 1987. 283 p.

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