Experiência 4 – Amplificador Operacional

Henrique C. Stoller, Phillipe S. Scofield e Felipe R. de Souza Curso de Engenharia Elétrica

Eletrônica II Universidade Veiga de Almeida – Rio de Janeiro – RJ

Neste trabalho é apresentado um experimento sobre a resposta do circuito na configuração integrador com amplificador operacional. Um gerador de funções introduz uma onda quadrada no circuito e um osciloscópio mede o sinal de entrada e saída para diferentes faixas de freqüência.

Palavras chave: Amp Op, integrador, freqüência.

1. Introdução

As aplicações em circuito do Amp Op mais usuais até agora utilizam resistores na malha de realimentação e fonte de sinal conectado na entrada do circuito. Como resultado, a operação do circuito tem sido idealmente independente da freqüência. Se for permitida a utilização de capacitores juntamente com resistores nas malhas de realimentação e de entrada dos Amp Ops, abrimos as portas para uma faixa muito ampla de aplicações do Amp Op.

Primeiramente, considere a configuração inversora de malha fechada com impedâncias Z1(s) e Z2(s), que substituem os resistores R1 e R2, como mostra a Figura (1).

Figura 1 – Configuração inversora com impedâncias generalizadas na realimentação e na entrada.

Se colocarmos um capacitor C no caminho de realimentação, ou seja, no lugar do Z2 e um resistor R na entrada, no Z1, obtemos o circuito da Figura (2).

Figura 1 – Circuito integrador Miller

O circuito mencionado na Figura (2) realiza a

operação matemática de integração, e sua operação no domínio da freqüência é dada pela Equação (1).

V0(s) = −1.V i(s)

sCR (1)

O circuito integrador inversor é chamado também de integrador Miller, em homenagem ao seu inventor. Se condicionarmos na Equação (1) ω = 0 então s = 0, o capacitor se comportaria como circuito aberto, que por conseqüência resultaria em uma saída infinita, indicando enormes problemas no circuito integrador. Além disso, a corrente de offset IOS fluirá através de C e provocará uma variação linear com o tempo em v0 até que o Amp Op sature. A fim de atenuar o problema cc do circuito integrador conectamos um resistor RF em paralelo com o capacitor C do integrador, como mostra na Figura (3).

Figura 3 – Integrador Miller com alta resistência RF conectada em paralelo com C a fim de fechar um elo de realimentação negativa em cc.

Esse resistor incluso no circuito fecha a malha de realimentação negativa do ponto de vista cc e faz com que o circuito integrador tenha um ganho finito conforme mostra a Equação (2).

V0(s) =−RF

R1+sC RF

. V i(s ) (2)

2. Circuito Experimental

O circuito do experimento foi “montado” no simulador como mostra o diagrama da Figura (4).

Figura 4 – Diagrama de montagem do circuito.

Os resistores R1 e R têm resistência nominal 10 kΩ, resistor R2 com resistência nominal de 100 kΩ e o capacitor C de 2,2 nF . Um osciloscópio de dois canais foi utilizado, de forma que o canal 1 mediu o sinal de entrada e o canal 2 o sinal de saída nos dois experimentos. O amplificador operacional utilizado foi o lm741 e foi alimentado por uma fonte cc simétrica.

2. Método Experimental

O circuito integrador com Amp-Op foi “montado” no simulador de acordo com o diagrama da Figura (4). A fonte de alimentação foi ligada e ajustada para ± 15 Vdc e um sinal em forma de onda quadrada de 1Vpp foi aplicado na entrada do circuito.

A forma de onda da saída e a tensão VoPP

foram medidas para um sinal de entrada de 1kHz e 10kHz pelo canal 2 do osciloscópio.

3. Apresentação e Análise dos Dados Obtidos

Com base na imagem do sinal de saída gerada no osciloscópio, foi estimado os valor para VoPP

para as devidas faixas de freqüência e suas respectivas formas de onda, como mostra na Figura (5) e Figura (6). Para ƒ = 1kHz

Vopp = 8,06 V (2 V/ div)

Figura 5 – Forma de onda na saída do Amp Op para 1kHz

Para ƒ = 10kHz

Vopp = 1,12 V (0,5 V/ div)

Figura 6 – Forma de onda na saída do Amp Op para 10kHz

5. Conclusões

Neste trabalho, foi apresentada uma simulação computacional que mostra o comportamento do Amp Op 741 na configuração de integrador; foram apresentados o método experimental utilizado para tal finalidade, os dados obtidos na simulação alem da descrição dos componentes e dos instrumentos de medição utilizados.

6. Referências Bibliográficas

[1] Smith, Kenneth C., Sedra, Adel S. Microeletrônica, 5ed, 848 p. Pearson,.2007

[2] Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos , 11ed, 766 p. Pearson,.2013