Amplificador Operacional Como Integrador

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Amplificador Operacional como Integrador

R1 = 1 k C = 100 nF R2 = 470 k ou R2 = 1 M

Esta montagem pode ser utilizada na gerao de rampas ou na integrao de sinais experimentais. Existem alguns problemas relacionados s correntes de fuga dos dispositivos utilizados ou mesmo da impedncia de entrada do operacional. Como qualquer variao na tenso de off-set do gerador ser integrada juntamente ao sinal AC sobreposto, pode ocorrer do sinal ficar polarizado muito prximo de VCC ou de VEE. O esquema pontilhado uma soluo para este problema.

Utilizando um sinal de entrada com amplitude de 1 VPP, fixe a frequncia em 10 kHz. o Varie as formas de onda (senoidal, triangular e quadrada). o No caso das ondas quadradas, ajuste o pulso de forma a obter distintas razes ente os perodos de ondas positivas e negativas. o Mea as intergraes resultantes (no modo AC) e compare se o modelo para a integrao est sendo seguido. Lembre-se de analisar a fase e a amplitude!

Aumente a amplitude, at seu sinal apresentar distoro na integrao. o Adicione a resistncia R2 e volta a observar o resultado. Realize algumas varreduras de frequncia (alguns pontos em 1 kHz e 100 kHz)

Imprima telas das imagens relativas as formas de onda ( triangular e quadrada) integradas. Compare os valores obtidos com o modelo proposto para integrao.

Amplificador Operacional como Diferenciador

R= 1 k C = 100 nF

Utilize os mesmos sinais da montagem anterior, com variaes na forma de onda e na frequncia, analisando a tenso e a fase na sada.

Apresente resultados para as derivaes de ondas de entrada quadradas e triangulares. Esta montagem no apresenta os problemas de instabilidade da montagem anterior. Por que? Explique qual a direfena principal na realimentao entre as duas montagens.

Aula04: Amplificador Diferencial 1. Amplificador Diferencial um circuito derivado do inversor e do no inversor, a Fig01 mostra o circuito bsico.

Fig01: Amplificador diferencial 1.1. Caractersticas: A expresso da sada dada por:

se V1 = V2, modo comum, a sada ser nula, VS = 0. O Ganho diferencial (Ad) dado, por:

Se R2 = R1 =R ento a expresso da sada ser dada por:

isto a sada igual diferena das duas tenses de entrada e portanto se V1 = V2 (modo comum) a sada ser nula.

A deduo das expresses acima pode ser feita pelo teorema da superposio de efeitos. Primeiro considere a entrada V2 aterrada ( V2=0). Determine a expresso da sada em funo de V1. Chame de Vs1. Em seguida considere V1=0, e determine a expresso da sada em funo de V2. Chame de Vs2. Para obter a expresso da sada em funo de V1 e V2 basta somar Vs1 com Vs2.

2. ExperinciaAO010 - Amplificador Diferencial2.1. Abra o arquivo EXP10 MicroCap8 ou Exp10 Multisim2001 ou Exp10 Multisim9, identifique o circuito da figura 2. Para cada valor das entradas (Ve1 e Ve2) da Tabela I, calcule o valor da sada (Vsaida) e anote o valor na tabela abaixo. Execute uma analise Dynamic DC e mea o valor da sada para cada valor de entrada da Tabela I.

Fig02: Amplificador Diferencial - entradas CC

Tabela I Ve1(V) Ve2(V) Vsaida(V)- Calculado Vsaida(V) - medido por simulao Respostas 2 2 -2 -2 2 -2 -2 2

caso1 caso2 caso3 caso4

. Amplificador Diferencial de Instrumentao Uma das restries do amplificador diferencial visto na aula04 o fato da sua impedncia de entrada no ser muito alto, e mais ainda os valores so diferente para as duas entradas e funo de R1 e R2, no sendo adequado para muitas aplicaes, como em instrumentao. Alm disso o circuito tem um inconveniente muito grave: para variar o ganho preciso variar o valor de duas resistncias iguais (R2 ou R1). O circuito da figura1 alm de apresentar uma altssima impedncia de entrada permite variar o ganho atravs de um a nica resistncia (R1).

Fig01: Amplificador diferencial de instrumentao 1.1. Caractersticas Expresso da sada em funo das entradas

nesta expresso

o ganho diferencial de tenso. Observar que, como a sada VS no tem nenhum ponto aterrado necessrio o circuito diferencial j visto na aula 4, mas com ganho igual 1(as quatro resistncias iguais), de forma que

Na pratica no precisamos construir um amplificador de instrumentao, pois o mesmo j se encontra integrado com os trs AOs em um mesmo encapsulamento. A figura a seguir mostra um exemplo deste amplificador. O ADC620 permite variar o ganho atravs de um resistor externo RG. Como o amplificador vem perfeitamento balanceado de fabrica, no precisamos nos preocupar com o o ajuste de offset.

Fig02: Exemplo de amplificador diferencial de instrumentao Clique aqui para acessar o manual

2. Experincia AO11: Amplificador Diferencial de Instrumentao2.1. Para o circuito da figura 3, calcule a mxima a mnima tenso sada VS e VS'. Anote os valores na Tabela I. 2.2. Abra o arquivo Exp11 MicroCap8 ou Exp11 Multisim2001 ou Exp11 Multisim9, e identifique o circuito da figura 2. Mea a tenso de sada para cada um dos limites de RV .

Fig03: Amplificador diferencial de instrumentao

Tabela IValores Calculados RV no mnimo RV no mximo Vs' Vs Vs' Vs Valores Simulados RV no mnimo RV no mximo Vs' Vs Vs' Vs

Respostas: RV no mnimo - RV no mximo

Aula06: Integrador 1. IntroduoNeste circuito a tenso de sada (VS) proporcional integral da tenso de entrada (Ve), Fig01.

Fig01: Circuito integrador A expresso da tenso na sada do circuito dada por :

OBS: Se voc no conhece o que integral, procure entender que o circuito tem como finalidade provocar modificaes em uma forma de onda (Por exemplo converter uma onda quadrada em onda triangular). Na pratica o circuito da Fig01 afetado pela tenso de offset de entrada (Vio) fazendo o AO saturar com +VCC ou -VCC , isto porque em CC no existindo realimentao negativa (o capacitor circuito aberto em CC) o ganho ser muito alto (por exemplo 105) fazendo o AO saturar com tenses de entrada to baixas como 2mV (Vio). A soluo colocar um resistor, RP, em paralelo com C, desta forma limitando o ganho a RP/R em CC, Fig02. O circuito porm s ser integrador para freqncia muito acima da freqncia de corte do circuito a qual dada por:

Fig02: Circuito prtico de um integrador com AO e sua curva de resposta em freqncia Observe que o circuito basicamente um filtro passa baixas. Como o ganho no patamar maior do que 1 (maior que 0dB) chamamos o filtro de Filtro Ativo (o filtro visto anteriormente no Curso de CA passivo, pois a sada nunca maior do que a entrada). Observe tambm que, para freqncias abaixo da freqncia de corte o circuito se comportar como o Amplificador Inversor j visto.

2. ExperinciaAO12 - Integrador

2.1. Abra o arquivo Exp12 microCap8 ou Exp12 Multisim2001, identifique o circuito da Fig03. Calcule a sua freqncia de corte fC , e anote na Tabela I.

Fig03: Circuito para a experincia 12

Tabela I Frequencia de Corte Medida por Simulao

Calculada

2.2. Com a chave em A voc seleciona um gerador de onda quadrada de amplitude de 1VP e numa freqncia (200Hz) muito menor do que a freqncia de corte. Anote as formas de onda da entrada e sada no grafico 1. Grfico 1

2.3. Ajuste o gerador de funes em , onda quadrada,1VP, e numa freqncia (20KHz) muito maior do que a freqncia de corte. Anote as formas de onda da entrada e sada no grfico 2. Grfico 2

2.4. Experimente fazer os itens anteriores usando uma onda senoidal. Que tipo de modificao existe entre a entrada e a sada ? Comente. 2.4.1. Onda de entrada com Freqncia muito maior que fc 2.4.2. Onda de entrada com Freqncia muito menor que fc

Aula07: Diferenciador1. Diferenciador Neste circuito a tenso de sada (VS) proporcional derivada da tenso de entrada (Ve), Fig01.

Fig01: Circuito diferenciador com AO A expresso da tenso na sada do circuito dada por:

isto , a tenso de sada proporcional derivada da tenso de entrada OBS: Se voc no conhece o que derivada, procure entender que, o circuito tem como finalidade provocar modificaes em uma forma de onda (Por exemplo converter uma onda triangular em onda quadrada).xxxxxxxx xx Na prtica o circuito da figura 1 afetado pela alta freqncia, principalmente devido rudos, provocando picos de saturao (no esquea que XC =1/(2. .f.C ). A soluo limitar o ganho nas altas freqncia colocando em srie com C um resistor RS. Este resistor porm introduz uma freqncia de corte e desta forma o circuito s funcionar como diferenciador para freqncias muito abaixo desta freqncia. a figura a seguir mostra o circuito bem como a curva de resposta em freqncia.

(a)

(b) Fig02: ( a ) Circuito de um diferenciador com AO e ( b ) a sua curva de resposta em freq frequencia e ganho no patamar e freqncia e ganho na freqncia de corte

Observe que o circuito basicamente um filtro passa altas. Como o ganho no patamar maior do que 1 (no exemplo da figura 1 16,462dB) chamamos o filtro de Filtro Ativo. Observe tambm que, para freqncias acima da freqncia de corte o circuito se comportar como o amplificador inversor j visto

2. ExperinciaAO13 - Diferenciador2.1. Abra o arquivo ExpAO013 MicroCap8 ou Exp13 Multisim2001, e identifique o circuito da Fig03. Calcule a sua freqncia de corte fC, e anote.

Fig03: Circuito para a experincia 13 MicroCap8 obs: Os ajustes da figura 3 so especficos para o MicroCap8, observe que no Multisim esses ajustes se referem ao osciloscopio. Tabela I Freqncia de Corte Medida por Simulao

Calculada

2.2. Ajuste a tenso de entrada em, onda quadrada,1VP, e numa freqncia 10 vezes maior do que a freqncia de corte. Anote as formas de onda da entrada e sada . 2.3. Ajuste a tenso de entrada em, , onda quadrada,1VP, e numa freqncia 10 vezes menor do que a freqncia de corte. Anote as formas de onda da entrada e sada 2.4. Repita os itens 2.2. e 2.3 usando uma onda senoidal com : Que tipo de modificao existe entre a entrada e a sad

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