ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos
PSI 2307 – Laboratório de Eletrônica
Exp.7 – Amplificadores Operacionais
Turma:
( ) SEG - T1-2
( ) TER – T3
( ) SEX – T4-5
Prof(s):
Data da realização do experimento:
Bancada no:
Equipe: CÓPIA DO PROFESSOR
1o sem. 2004
NOTA:
1. Objetivos
Este experimento tem como objetivo o levantamento experimental das principais características
estáticas e dinâmicas de amplificadores operacionais através de medida e ajuste de “off-set” e
medida de “slew -rate”, bem como através da obtenção de características de transferências e de
respostas em freqüência de circuitos que utilizam amplificadores operacionais.
2. Preparação
2.1 Especificações técnicas
Anexe ao relatório cópia das especificações técnicas de Amplificadores Operacionais 741
(LM, µA, etc.), realçando as informações utilizadas para o relatório [Anexo A].
3. Roteiro Experimental
3.1 Medida e ajuste de “off-set”
3.1.1
Utilizando a placa “Amplificadores Operacionais”, encaixe cuidadosamente o circuito
integrado 741 no soquete correspondente.
Amplificador Operacional 741
Invólucro Plástico DIP
(Vista Superior)
Esta marca indica o
pino 1
Ajuste de
off-set
Entrada
inversora
1
8 nc
2
7 V+
Entrada não
inversora
3
6
Saída
4
5
Ajuste de
off-set
V-
Figura 1 - Amplificador Operacional 741 de 8 pinos
Exp. 7 - 1– Amplificadores Operacionais
Eletrônica Experimental
3.1.2
Monte o circuito da figura 2, alimentando o amplificador operacional com +15V e –15V
utilizando uma fonte simétrica (vide Apêndice 1). Verifique se o “trim-pot” de 10 KΩ para
ajuste de “off-set” está conectado a V- através do estrape.
R 4 = 100KΩ
v+
R 1 = 100Ω
-
e0 s
es
+
v10k Ω
v-
Figura 2 - Circuito para medida da tensão de “off-set”
3.1.3
Mantendo o estrape inicialmente desconectado, meça a tensão “es ” de saída e
determine a tensão de “off-set” nesta situação.
es
eOS
eOS = − eS
R1
− eS
=
=
R1 + R4 (1001)
(Obs.: Note que a expressão acima não é válida se o amplificador operacional se encontrar na saturação.)
Tabela 1 – Tensões antes do ajuste do “off-set”
Eletrônica Experimental
Amplificadores Operacionais Exp. 7 - 2
3.1.4
O valor obtido está de acordo com as especificações do fabricante ? Justifique (Que
dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com o obtido
experimentalmente.)
3.1.5
Reconecte o estrape e varie o cursor do “trim-pot” até reduzir ao máximo possível a
tensão de “off-set”. Anote os valores nesta situação.
es
eOS
eOS
R1
− eS
= − eS
=
=
R1 + R4 (1001)
(Obs.: Note que a expressão acima não é válida se o amplificador operacional se encontrar na saturação.)
Tabela 2 – Tensões após o ajuste do “off-set”
Exp. 7 - 3– Amplificadores Operacionais
Eletrônica Experimental
3.2 Medida do “slew-rate”
3.2.1
Monte o circuito amplificador na configuração comparador indicado na figura 3 e aplique
na entrada do mesmo uma onda retangular variando entre -2V e 2V com freqüência de
50 kHz.
Figura 3 - Amplificador na configuração comparador
3.2.2
Imprima as formas de onda de entrada e saída [Anexo B].
3.2.3
Determine, a partir da observação do sinal de saída, o “slew -rate” (Sr) do amplificador
operacional.
Sr =
3.2.4
V/µs
O valor obtido está de acordo com as especificações do fabricante? Justifique (Que
dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com o obtido
experimentalmente.)
Eletrônica Experimental
Amplificadores Operacionais Exp. 7 - 4
3.3 Circuito amplificador em configuração inversora
3.3.1
Tomando-se o cuidado de não mais tocar no “trim-pot” previamente ajustado, monte o
circuito da figura 4.
Figura 4 - Circuito amplificador em configuração inversora
3.3.2
Conecte o terminal de entrada a um gerador senoidal com freqüência de 70 Hz e valor
de tensão variando na faixa de –0,5V a 0,5 V.
3.3.3
Levante a característica de transferência (es x eg) do circuito utilizando o osciloscópio
no modo XY, imprimindo a mesma através do programa PEE54600B [Anexo C] e
preencha os dados correspondentes na tabela 3.
[Obs.: Não usar sincronismo externo em impressões no modo XY.]
3.3.4
Repita o item 3.3.3 para R1=10KΩ [Anexo D] e preencha os dados correspondentes na
tabela 3.
R1=1KΩ
R1=10KΩ
inclinação
es máx
es mín
Tabela 3
3.3.5
Qual a grandeza relacionada à inclinação da curva? Justifique.
3.3.6
Utilizando ainda o circuito da figura 4 com R1=10KΩ, levante e imprima a resposta em
freqüência do circuito através do programa GANHO utilizando um sinal de entrada
Exp. 7 - 5– Amplificadores Operacionais
Eletrônica Experimental
senoidal eg=100mVpp [Anexo E].
OBS.: Usar sincronismo externo para levantamentos de resposta em freqüência com o
programa GANHO
3.3.7
Repita o item 3.3.6 para R1=1KΩ [Anexo F].
[Obs.: a) imprimir os gráficos dos Anexos E e F nas mesmas escalas para facilitar a
comparação.]
3.3.8
Preencha a tabela 4 com os dados solicitados, identificando nos gráficos
correspondentes como os determinou.
R1=1KΩ
R1=10KΩ
Freqüência de corte superior (fcs)
Freqüência de ganho unitário (fu)
Ganho máximo de tensão (Av)
Ganho máximo em dB (AdB)
Tabela 4
3.3.9
Os valores obtidos para as freqüências de ganho unitário são iguais? Porquê?
3.3.10 Considerando os resultados obtidos nas duas situações, estabeleça uma relação entre
as grandezas (fcs, fu, Av). Justifique.
3.3.11 Os valores obtidos estão de acordo com as especificações do fabricante? Justifique
(Que dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com os obtidos
experimentalmente.)
Eletrônica Experimental
Amplificadores Operacionais Exp. 7 - 6
3.4 Circuito Somador
3.4.1
Monte o circuito somador da figura 5 e aplique na entrada 1 uma tensão constante
(através da fonte 0-6V) e na entrada 2 um sinal senoidal com 0,4 Vpp e freqüência de 10
kHz.
e2
R2=10k
e1
R 1=10k
R 3=100k
+
eg
es
V(-)
Figura 5 - Circuito Somador
3.4.2
Observe o sinal de saída no osciloscópio e descreva o que ocorre com a mesma ao se
variar a fonte de tensão contínua entre 0 e 6V.
3.4.3
Escolha uma situação para a entrada 1 e imprima as formas de onda da entrada 2 e da
saída, anotando na folha impressa o valor ajustado para a entrada 1
[Anexo G].
3.4.4
Considerando a entrada 2 como a sugerida, qual a faixa máxima de variação do sinal de
tensão contínua da entrada 1 que poderíamos utilizar sem atingir os limites de
saturação. Justifique.
Exp. 7 - 7– Amplificadores Operacionais
Eletrônica Experimental
3.5 Circuito Integrador
3.5.1
Monte o circuito integrador da figura 6, aplique na entrada um sinal senoidal com
ve=500mVpp e ajuste as freqüências de forma a preencher a tabela 5.
Figura 6 - Circuito integrador
f(Hz)
vs
ϕ (defasagem da saída em
relação à entrada)
10K
20K
50K
Tabela 5
3.5.2
Imprima as formas de onda de entrada e de saída para a situação de f = 20KHz [Anexo
H].
3.5.3
Verifique se os resultados obtidos na tabela 5 estão de acordo com o previsível pela
teoria. Justifique.
3.5.4
Qual a função do resistor R4 em paralelo com o capacitor C no circuito integrador?
Eletrônica Experimental
Amplificadores Operacionais Exp. 7 - 8
4. Conclusões
[Este item destina-se a responder às seguintes questões, dentre outras que a equipe proponha:
• Quais as principais características dos Amplificadores Operacionais e de circuitos com
Amplificadores Operacionais observadas?
• Os resultados estão de acordo com o descrito em teoria? Os resultados estão de acordo
com as especificações dos fabricantes? Os resultados estão de acordo com a simulação ?
Justifique eventuais diferenças
• Na eventualidade de não ter conseguido realizar todos os itens propostos, deve relatar os
problemas enfrentados e ações realizadas para contornar e/ou resolver os mesmos.
• Vocês têm críticas e sugestões em relação ao roteiro proposto?
Exp. 7 - 9– Amplificadores Operacionais
Eletrônica Experimental
Apêndices
APÊNDICE 1 – Fonte Simétrica
Uma fonte simétrica é composta de duas fontes em série onde o ponto de referência é obtido no
meio da associação.
No caso da fonte HP3631A disponível no laboratório, utiliza-se a fonte simétrica ± 25V ajustada
para ± 15V.
Além disso, pode-se utilizar a função TRACK dessa fonte de alimentação. Esta função faz com
que o módulo da tensão da fonte V- seja sempre igual ao da fonte V+.
V+
E3631A 0-6V,5A/0-±25V,1A
TRIPLE OUTPUT DC POWER SUPPLY
15V
ADJUST
FUNCTION
Select
+6 V
Recall
+25 V
Store
Load
-25 V
Track
Error
I/O
Config
Calibrate S
Display
Unit
Output
On/Off
e
c
Voltage
Current
u
r
6V
± 25 V
Power
15V
e
COM
On
Off
± 240 VDC MAX TO
V-
V+
VFonte simétrica
Eletrônica Experimental
Amplificadores Operacionais Exp. 7 - 10