Controle de Processos Industriais - Trabalho p/ entrega

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS CCET_______________________________________________________________________________

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS

ANLISE DE CIRCUITOS ELETRNICOS ENGENHARIA MECNICA5o PERODO (1o SEM / 2013) PROF.

EXPERINCIA NR. 07AMPLIFICADOR OPERACIONAL

DATA PREVISTA PARA ENTREGA:14/ 06 / 2013DATA EFETIVA DA ENTREGA: 14 / 06 / 2013

INTEGRANTES DO GRUPO:NOMERAASSINATURA

1. Introduo

Umamplificador operacional umamplificadorcomganhomuito elevado. Tem dois terminais de entrada: um terminal designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal no inversor(+). A tenso de sada a diferena entre as entradas + e - , multiplicado pelo ganho emmalha aberta:

A sada do amplificador pode ser nica oudiferencial, o que menos comum. Os circuitos que utilizam amplificadores frequentemente utilizam arealimentao negativa(negative feedback). Porque devido ao seu ganho elevado, o comportamento destes amplificadores quase totalmente determinado pelos elementos derealimentao(feedback).Um smbolo eltrico para o amplificador operacional mostrado abaixo:

Os seus terminais so: V+: entrada no-inversora V: entrada inversora Vout: sada VS+: alimentao positiva VS: alimentao negativa

Os pinos de alimentao (VS+e VS) podem ser nomeados de diferentes formas. Verpinos de alimentao dos CIs. Para amplificadores baseados em tecnologiaFET, o positivo, ou alimentao de dreno comum chamada do VDDe o negativo, ou alimentao de fonte comum chamado de VSS. Para amplificadores baseados emTJB(BJT), o pino VS+torna-se VCCe o pino VStorna-se VEE. Eles so muitas vezes chamados VCC+e VCC, ou mesmo V+e V, no caso de as entradas serem nomeadas diferentemente, a funo permanecer a mesma. Muitas vezes estes pinos so retirados dosesquemas eltricospara uma maior clareza, e a configurao de alimentao dada ou previsvel atravs do circuito.A posio dos pinos de polaridade pode ser invertida em diagramas para uma maior clareza. Neste caso, os pinos de alimentao continuaram na mesma posio: o pino de alimentao mais positivo sempre no topo, e o pino de alimentao mais negativo na parte inferior. O smbolo inteiro no invertido, apenas as suas entradas de alimentao.

COMPORTAMENTO EM CORRENTE CONTNUAO ganho em malha aberta definido como a amplificao da entrada para a sada sem nenhumarealimentao(feedback) aplicada. Para a maioria dosclculosprticos, o ganho em malha aberta definido comoinfinito; na realidade, entretanto, ele limitado pela quantidade de tenso aplicada alimentao do amplificador operacional, (terminais Vs+ e Vs- nodiagramaacima). Os dispositivos tpicos possuem um ganho de malha aberta em Corrente Contnua entre 100,000 e 1 milho. Isto permite que o ganho da aplicao seja ajustado utilizando a realimentao negativa. Os amplificadores possuem limites de performance que o projetista deve manter em mente e muitas vezes trabalhar em torno disto.

COMPORTAMENTO EM CORRENTE ALTERNADAO ganho do amplificador calculado emCCno se aplica a corrente alternada a frequncias mais altas. Isto ocorre devido s limitaes do componente, tais como sualargura de bandafinita, e s caractersticas emCAdo circuito ao qual colocado. O problema mais bem conhecido no desenvolvimento de projetos com amplificadores a tendncia de estesressonaremaaltas frequncias, em que mudanas na realimentao negativa mudam para realimentao positiva devido mudana de fase.Os amplificadores tpicos, de baixo custo possuem uma largura de banda de algunsMHz. Amplificadores especficos e de alta velocidade podem atingir uma largura de banda decentenasde MHz. Para circuitos de frquncia muito alta, um tipo completamente diferente de amplificador, chamadoamplificador operacional de realimentao de corrente frequentemente usado.

O CIRCUITO BSICO DE UM AMPLIFICADORO amplificador operacional genrico possui duas entradas e uma sada. A tenso de sada ummltiploda diferena entre as duas entradas (alguns so feitos com sadas diferenciais flutuantes):

G o ganho em malha aberta do amplificador. Assumimos que as entradas possuemimpednciamuito alta; uma corrente desprezvel ir fluir para dentro e para fora das entradas. As sadas do amplificador possuem uma impedncia muito baixa.Se a sada conectada entrada inversora, aps passar por umdivisor de tenso, ento:

logo:

Definindo o ganho de realimentao de malha fechada comovemos que o resultado umamplificador linearcomganho:

Se muito grande (em geral est na ordem de grandeza de 100.000),se aproxima de.

Esta conexo de realimentao negativa, tambm chamada de configurao de amplificador no inversor, o uso mais comum de um amp op, porm muitas configuraes diferentes so possveis, fazendo dele um dos mais versteis blocos de construo emeletrnica.Quando conectado em uma configurao de realimentao negativa, o amp op ir tentar mudar atensodede modo a deixar as tenses de entrada iguais. Isto, aliado altaimpedncia de entrada, so muitas vezes chamados de "as duas regras douradas" dos projetos com amplificadores (para circuito que utilizam realimentao):1. Nenhuma corrente ir fluir nas entradas.2. As tenses, ou seja os potenciais em relao ao terra, nas duas entradas sero iguais (nos casos em que h realimentao da tenso da sada na entrada).Uma exceo ocorre caso a tenso necessria para esta situao seja maior do que a alimentao do amp op, neste caso a tenso do sinal de sada se fixa perto dos extremos da alimentao, VS+ou VS.

2. Objetivos Verificar experimentalmente o funcionamento do amplificador operacional operando nas configuraes inversor e somador, e comparar os resultados obtidos experimentalmente com os obtidos teoricamente.

3. Procedimentos Experimentais Primeiramente foi montado o circuito 1, mostrado na figura abaixo, com R1= 1 K e R2= 100 K e foi colocado na entrada Vin um gerador de ondas senoidal com frequncia de 70 Hz, com tenso variando de -0,5V a 0,5V. Com o auxlio do osciloscpio foi visto e anotado a forma de onda da sada Vout.

Figura 1

Esse procedimento foi repetido novamente, utilizando R1 = 10 K.Em seguida foi montado o circuito da figura 2, mostrado abaixo, e foi aplicado na entrada 1 uma tenso constante, atravs de uma fonte DC, e na entrada 2 um sinal senoidal com Vpp = 0,4V e frequncia de 10 KHz.

Figura 2

Com o auxlio do osciloscpio foi observado a forma de onda na sada, enquanto a tenso DC foi variada entre 0 e 6 V. As formas de onda da tela do osciloscpio foram salvas.

4. Resultados e discussoPrimeiramente, verificado o datasheet do amplificador operacional LM741, verificada a seguinte distribuio de dados, completando assim a tabela abaixo:

ParmetroSmbolo, UnidadeCondio

Impedncia de entrada

Ganho de tensoV, mV200 (VS=5V, VO=10V)

Largura da banda

Consumo de potncia

Slew rateK, V/s0,5 (TA=25C)

Com esses dados, foram calculados os ganhos dos circuitos sem considerar a tenso de 12 V da fonte de alimentao ligadas nos canais 4 e 7 do amplificador operacional. Para os valores de resistncia no circuito 1, variando a resistncia R1, sendo usado no primeiro caso R1=1 k e posteriormente R2=10 k e uma resistncia fixa R2=100 k, segue que o ganho :

Montando o circuito com uma tenso de entrada atravs do gerador de sinais, na forma de onda senoidal numa frequncia de 70 Hz e variando de 0,5 V ligada no terminal nmero 2 do amplificador e colocando o terra na entrada enumerada de 3. Para limitar o a tenso de sada do amplificados, foi ligada uma fonte de alimentao variando sua tenso de 12 V, e ligado os resistores para completar a montagem. Com isso, foi possvel aferir no osciloscpio os valores de tenso pico-a-pico de entrada e a tenso de sada, afim de, verificar o ganho do circuito.

Para a resistncia de R1=1 k, os dados seguem na tabela abaixo:

Parmetros, unidadeValor

Vin p-p, V0,496

Vout p-p, V21,8

Com esses valores possvel verificar o ganho deste circuito.

Para a resistncia R1=10 k, os dados seguem na tabela abaixo:Parmetros, unidadeValor

Vin p-p, V0,560

Vout p-p, V5,12

Com esses valores possvel verificar o ganho deste circuito.

Nota-se que em ambos os casos os valores deram bem abaixo dos valores tericos, porm isso se deve a tenso da fonte de alimentao que limita a tenso de sada do circuito, j que o valor mximo atingido seria de 24 V, Com isso, o ganho reduzido em ambos os casos.Para o circuito 2, adicionado uma fonte de tenso DC numa resistncia R1=10 k, conectada tambm um gerador de sinal com onda senoidal com tenso 0,4 V pico-a-pico numa frequncia de 10 k associado a um resistor de R2=10 k, essas fontes so conectadas ao terminal negativo do amplificador que fica com uma ligao inversora com um resistor R3=100 k, por fim conectada a fonte de alimentao nos terminais 4 e 7 com a variao de 12 V como no circuito 1. Assim, variada a tenso da fonte DC de 0 - 2V e observando a sada no osciloscpio, sendo alguns dados mostrados na tabela abaixo:

VDCVout p-p

0,53,53

1,03,52

1,53,56

2,03,52

O comportamento da curva produzida no circuito vista na figura abaixo:

Nota-se que a tenso no varia muito conforme o valor da fonte DC, devido ao valor limitado dado pela fonte de alimentao que estabiliza o circuito para no passar de uma tenso de 24 V, com isso, a fonte DC no interfere neste caso para estas faixas de tenses aplicadas.

5. ConclusoPortanto, pode-se concluir que a fonte de alimentao tem uma interferncia muito grande nestes circuitos analisando, sendo que a limitao de tenso de sada sempre limitada em 24 V, assim, o ganho do experimento 1 alterado, baixando seu valor significativamente. Para o circuito 2, a tenso de sada no muda, mesmo variando a tenso DC de entrada, isso tambm tem influncia da fonte de alimentao, porm pode-se concluir que os experimentos foram realizados com sucesso apesar de algumas discrepncias.

ANLISE DE CIRCUITOS ELETRNICOS PROF. GIUSEPPE CIRINO REV. 2012 / 2