Click here to load reader

Amplificador Operacional (aulas)

  • View
    31

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Amplificador Operacional (aulas)

1

1. Caractersticas Principais um amplificador de acoplamento direto (amplifica a partir de CC pois no tem capacitores de acoplamento) de altssimo ganho e alta impedncia de entrada. O seu smbolo est representado na Fig01a e o circuito equivalente na Fig01b e

( a )( b )

Fig1: (a) AO - smbolo (b) Circuito equivalente do AO

. De acordo com a Fig01a podemos observar que o AO tem duas entradas, uma chamada de entrada inversora (-) e outra chamada de no inversora (+), sendo assim chamadas pois uma tenso aplicada na entrada- a resposta na saida estar defasada de 180, e se o mesmo sinal for aplicado na entrada + a resposta na saida estar em fase com a entrada.Av o ganho em malha aberta (sem realimentao) tem um valor muito alto, no caso do 741 Av = 100.000 tipicamente. Ri a resistncia de entrada em malha aberta, e tem um valor muito alto (no caso do 741 Ri = 1M Ohm) Ro a resistncia de sada em malha aberta, tem um valor baixo (no caso do 741 Ro = 75 Ohms ) Vi =V2 - V1 = sinal erro ou sinal diferena, o que amplificado efetivamente, isto , a tenso na sada ser proporcional diferena entre as duas tenses de entrada Vs = Av.Vi= Av.(V2-V1) Como o ganho de tenso em malha aberta muito alto basta um pequeno valor de Vi para levar o AO saturao positiva (V2>V1) ou negativa (V2 V- ( b ) AO em malha aberta V+ V-V+V-V+>DC>>Run) para ver a curva de transferencia (VsxVe)Obtenha aqui o arquivo em Word da Experincia 2: imprima-o

Fig05: Amplificador Inversor - Medida do ganho

Tabela II Ganho Calculado (Terico)Ganho Medido

4.3. Aumente a amplitude de ve para 2V de pico e observe o que acontece com as formas de onda.4.4. Concluses

5. Experincia AO03: Amplificador Inversor em CC5.1. Calcule o valor das correntes indicadas pelos ampermetros e a tenso indicada pelo voltmetro na sada. .Anote na tabela III os valores calculados. 5.2. Abra o arquivo ExpAO03 MicroCap8 ou Exp03 Multisim2001, identifique o circuito da figura06. Execute uma analise Dynamic DC e mea todas as correntes e tenses indicadas pelos instrumentos. Anote os valores das correntes e tenses indicadas pelos instrumentos na TabelaIIIObtenha aqui o arquivo em Word da Experincia 3: imprima-o

Fig06:Amplificador Inversor alimentado com tenso CCTabela III

Valores CalculadosValores Medidos

I1I2IAOILVSI1I2IAOILVs

1. Amplificador No inversor 1.1. Caractersticas Principais O amplificadorno inversor, como o nome mesmo diz, um amplificador no qual a tensode sada (Vs) est em fase com tenso de entrada (Ve). A Fig01 mostra o circuito bsico.

Fig01: Amplificador inversor - circuito bsico1.2. Ganho de Malha Fechada (com Realimentao)

A deduo pode ser feita da mesma forma que foi feita para o circuito inversor Novamente teremos um circuito estabilizado onde o ganho s depender de resistores externos (R1 e R2). 1.3. Impedncia de Entrada com Realimentao (Rif) muito alta sendo dada por: Rif= onde Ri a resistncia de entrada em malha aberta e AV o ganho em malha aberta (obtido do manual)

1.4. Impedncia de Sada com Realimentao (Rof) muito baixa sendo dada por:

Rof= onde RO a resistencia de saida em malha aberta (obtido do manual)

onde Ro a resistncia de sada em malha aberta e AV o ganho em malha aberta 2. Experincia 4 - Amplificador No Inversorem CA

2.1. Calcule o ganho do circuito da figura 2 e anote na Tabela I. Abra o arquivo ExpAO04 ou Exp04 Multisim2001, e mea os valores de pico a pico das tenses de entrada (Ventr) e de sada (Vsaida) e calcule o ganho.Obs: O ganho medido por: Ganho= Vsaidapp/Ventrpp

Fig02: Amplificador No Inversor - Analise em CA

Tabela I Ganho Calculado (Teorico)Ganho Medido

2.2. Concluses:

3. Experincia 05 - Amplificador No inversor em CC

3.1. Calcule o valor das correntes indicadas pelos ampermetros e a tenso indicada pelo voltmetro na sada. Anote na tabela II os valores calculados.

Fig03: Amplificado No Inversor - Analise em CC - Medida de correntes Tabela II

Valores Calculados

I1(mA)I2(mA)IL(mA)VS(V)IAO(mA)

3.2. Abra o arquivo Exp AO05 MicroCap8 ou Exp05 Multisim2001, identifique o circuito da figura 3, mea as correntes e tenses indicadas pelos instrumentos.Anote os resultados na tabela III (Valores medidos)

Tabela III

Valores Simulados

I1(mA)I2(mA)IL(mA)VS(V)IAO(mA)

3.3. Concluses4. Buffer (Seguidor de Tenso)

Um Buffer ou seguidor de tenso tem trs caractersticas:

Altssima impedncia de entrada, Impedncia de sadamuito baixa e Ganho unitrio. A principal aplicao dos Buffers comoelemento "casador" de impedncia ecomo interface entre circuitos que consomemcorrente ecircuito que no dispe de capacidade de corrente. A Fig04 mostra o circuito do Buffer com AO. Podemos identificar neste,o amplificadorno inversor no qual R2=0 e R1 infinito de forma que considerando a expressodo ganho do amplificador no inversor obtemos Avf=1.

Fig04: Circuito de um Buffer (seguidor de tenso) usando AO Consideremos um exemplo de aplicao:Na Fig05a temos um circuitoque um divisorde tenso. Ve representa a tenso de sada de um amplificador e Rs representa a impedncia de sada deste amplificador. Qual o valor da tenso na cargade 1K (RL)?Vs = (1K.2V)/1K+10K) = 0,18V (aproximadamente). Esse valor to baixo devido ao fato da resistncia de sada do amplificador ser muitomaior do que ovalor da carga. A soluo interpor entre a carga e a sada do amplificador um circuito buffer que temas caractersticas j citadas acima, Fig06. O resultado queagora a tenso na carga ser igual tenso dafonte de sinal.

Fig05: Divisor de tenso

Como podemos verificar da figura 5, a tenso na carga (0,1818V) bem menor do qua a tenso da fonte, isso porque a carga bem menor do que a resistencia da fonte (10K). Se colocarmos entre a carga e a fonte um Buffer ser possvel obter na carga praticamente toda a tenso da fonte.

Fig06: Buffer como interface no divisor de tenso 5. Experincia 06 - Buffer5.1- Calcule o valor da tenso na sada (Vs) dos circuitos da figura a seguir. Abra o arquivo Exp06 MicroCap8 ou Exp06 Multisim2001, mea a tenso de sada e calcule o ganho.

( a )( b)

Fig07: ( a ) Divisor de tenso (b ) Divisor de tenso com buffer com AO

Caso a: sem buffer Caso b: com bufferTabela IV Valores CalculadosValores Simulados

Caso aCaso bCaso aCaso b

VSVSVSVS

1. Amplificador Somador Inversor um dos circuitos que justificam o nome de amplificador operacional. A Fig01 o circuito bsico no qual todas as resistncias so diferentes. O circuito derivado do amplificador inversor j visto e a obteno da expresso da tenso de sada em funo das entradas feita considerando que o ganho do AO em malha aberta infinito (resultando Vi=0) e que a impedncia de entrada infinita (resultando Ii=0). importante notar que as tenses de entrada podem ser alternadas ou continuas, e em qualquer instante o circuito soma e inverte todas as tenses de entrada.

Fig01: Amplificador Somador No Inversor - todas as resistncias diferentes 1.1. Caractersticas: A expresso da tenso de sada em funo das entradas dada por:

Caso as resistncias de entrada sejam iguais resulta o circuito da figura02.

Fig02: Amplificador Somador No Inversor - Resistncias de entradas iguais

A expresso da tenso de sada em funo das entradas dada por: Caso as todas as resistncias sejam iguais resulta o circuito da figura03.

Fig03 Amplificador Somador No Inversor - Todas as resistncias iguais.

Caractersticas: A expresso da tenso de sada em funo das entradas dada por:

2. Experincia AO07: Amplificador Somador Inversor em CC

2.1.Para o circuito, calcule o valor da tenso de saida para cada uma das combinaes das entradas da Tabela I.2.2. Abra o arquivo EXP07 Microcap8ou Exp07 Multisim2001 e mea a tenso de sada para todas as combinaes de entrada indicadas na tabela.

Fig04: Amplificador Somador Inversor - Circuito para experincia07Tabela I

0

Caso 1 Caso 2Caso 3 Caso 4

Ve1=-2V Ve2=2V Ve1=-2V Ve2=-2VVe1=2V Ve2=-2V Ve1=2V Ve2=2V

I1(mA)IAO(mA)I1(mA) IAO(mA)I1(mA) IAO(mA)I1(mA)IAO(mA)

I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)

If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)

Valores Medidos

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

Ve1=-2V Ve2=2V Ve1=-2V Ve2=-2VVe1=2V Ve2=-2V Ve1=2V Ve2=2V

I1(mA)IAO(mA)I1(mA)IAO(mA)I1(mA)IAO(mA)I1(mA)IAO(mA)

I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)I2(mA)IL(mA)

If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)If(mA)Vs(V)

Para ver a resposta de cada caso clicar em >>>>Caso1 Caso2 Caso3 Caso4

3. Experincia AO08 - Amplificador Somador Inversor com Buffer na EntradaPara evitar que a impedncia de sada das fontes que alimentam as entradas do amplificador inversor modifiquem o ganho, entre a fonte de sinal e a entrada do AO deve ser colocado um buffer igual ao j visto.3.1. Para cada combinao de valores de entrada da Tabela II, calcule o valor da sada correspondente e anote na Tabela II3.2. Abra o arquivo EXP08 MicroCap8 ou Exp08 Multisim20, identifique o circuito da figura 5. execute uma analise Dynamic DC e mea o valor da sada para todas as combinaes das tenses de entrada.

Fig05: Amplificador Somador Inversor com entradas bufferizadas

Tabela II

Ve1(V) -2 -2 22

Ve2(V)2 -2 -2 2

Vs(V)(calculado)

Vs(V)(Simulado)

Para ver resultados de simulao clique

3.3. Concluses:4. Experincia AO09 - Amplificador Somador Inversor em CA

4.1. Abra o arquivo EXP09 MicroCap8, ou Exp09 Multisim2001, identifique o circuito da figura 6. Execute uma analise transiente. Anote a forma de onda de sada (Vs) para Ve2=4V, para Ve2=-4V e para Ve2=onda quadrada (use as chaves para selecionar).

Search related