ELT 703 - EXPERIÊNCIA N° 1: AMPLIFICADOR NÃO–INVERSOR

ELT 703 - EXPERIÊNCIA N° 1: AMPLIFICADOR NÃO–INVERSOR
1. OBJETIVOS:

Comprovação da relação de ganho:
A NINV=

R2
+1
R1
Levantamento da resposta em freqüência e comprovação da relação:
f c = B * GBP

Medição da resistência e da capacitância de entrada do circuito.
2. RELAÇÃO DE COMPONENTES:

1 CI 741

1 Resistor de 1k

1 Resistor de 2k

1 Resistor de 6.8k

1 Resistor de 10k

1 Resistor de 100k

1 Resistor de 1M
3. RELAÇÃO DE EQUIPAMENTOS:

1 Osciloscópio

1 Gerador de funções

1 Multímetro digital

1 Módulo Análogo-Digital
4. OBSERVAÇÕES:
Nessa experiência devemos trabalhar com pequenas tensões de entrada (V IN
< 400 mVpp) para que não ocorra distorção devido ao Slew Rate (SR > 2πf.Vo p),
pois trabalharemos com freqüências relativamente altas.
Para o levantamento da resposta em freqüência basta medirmos a tensão de
saída em baixa freqüência ( ≈ 100 Hz ). Em seguida, vamos aumentando
gradativamente a freqüência e, quando a tensão de saída atingir 70% do valor obtido
em 100 Hz medir a freqüência de corte do circuito.
Figura 1: Resposta do 741.
5. PROCEDIMENTO:
5.1. MEDIÇÃO DE GANHO E RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA
a) O circuito a ser montado é mostrado a seguir. Os valores dos resistores foram
fornecidos no item 2.
R2
4
R1
2
3
-
-12V
6
LM741
Vo
+
7
+12V
RL
10k
Vin
1 Vpp
100 mVpp
100Hz
100 Hz
Figura 2: Amplificador não-inversor.
Preencha a tabela a seguir:
Tabela 1: Dados do primeiro ensaio.
R1
(Ω)
R2
(Ω)
Realimentação
B
Teórico
1k
100k
2k
100k
6.8k
100k
∞
(Aberto)
0
(Curto)
Ganho de Tensão
AV = 1/B
Teórico
Medido
Produto Ganho Banda Passante
GBP
Teórico
Medido
Frequência de Corte
FC=B.GBP
Teórico
Medido
Utilizando as seguintes relações:
Ri
B (teórico )=
R i +R f
Ainv (teórico )= −
Rf
Ri
Ainv (medido )= −
Vo
Vi
b) Para R2 = 100k e R1 = 2k, faça o levantamento da curva do Ganho Vs. Freqüência.
Preencha a tabela abaixo e em seguida plote o gráfico a seguir:
Tabela 2: Dados do segundo ensaio.
Freqüência
(Hz)
200
1k
2k
5k
10k
15k
fc
2fc
4fc
Ganho
Figura 3: Resposta em frequência do amplificador não-inversor.
5.2. MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA E CAPACITÂNCIA DE ENTRADA DO
AMPLIF. Ñ-INVERSOR
a) Resistência de entrada RIN:
Sabemos que
Rin
ninv
= 1 + AB
 * ( Ri
Ao
// 2 R
Icm
)
.
Nesta experiência utilizaremos a configuração Buffer mostrada a seguir:
4
R1
3
+
1M
-12V
6
LM741
2
-
Rin
7
Cin
Vin
1 Vpp
mVpp
100Hz
380
100 Hz
Vo
+12V
RL
10k
Modelo da
Impedância de
Entrada do 741
Figura 4: Circuito para as medições de resistância e capacitância de entrada.
O Buffer apresenta uma resistência de entrada de aproximadamente 2 RiCM que, no caso do
741, está em torno de 400 MΩ. Para uma avaliação deste valor, foram introduzidos um
resistor de 1 MΩ em série com a fonte e uma chave em paralelo com R1 . Com a chave
fechada, R1 não terá efeito e Vo = Vin. Com a chave aberta, teremos um divisor resistivo
entre R1 e RIN (porque em baixa freqüência Cin apresenta uma impedância muito elevada e
não terá influência) e Vo é dada por:
R in
V o = e+ =
* Vin
R 1 + R in
Através da atenuação sofrida por VIN devido à R1 conseguimos levantar a ordem de
grandeza de RIN, basta medirmos com o osciloscópio Vo e VIN e utilizar a relação a seguir:
Vo ( medido
_ chave
Vin
R inSP =
1
_ fechada
 medido
Vo ( medido
)
* R1

_ chave
Vin ( medido
_ fechada
)
)
RinSP =
A impedância de entrada desse amplificador varia com o ganho. Se A = 10 5, RiCM =
200 MΩ, R1 = 1 MΩ. Calcule e preencha a tabela a seguir:
Tabela 3: Dados do terceiro ensaio.
Ganho = ANI
1
Fator de Sacrifício
A
S =
A ni
R in  ninv
=
S *  R 1 //2R
iCM

b) Capacitância de entrada Cin
10
50
100
O circuito a ser utilizado é o mesmo. No entanto, trabalharemos com freqüências mais
elevadas. Logo, o circuito equivalente fica:
Figura 5: Circuito equivalente em altas frequências.
Temos, então, um FPB (Filtro Passa-Baixas) com freqüência de corte (fc) dada por:
1
fc =
2 π * R 1 * Cin
Logo, obtendo-se na prática o valor da freqüência de corte, levantamos o valor de Cin.
Assim, partindo-se de 100 Hz, aumente gradativamente a freqüência do sinal até que Vo = 0,7
VIN e meça a freqüência de corte.
fc (medida) =
Calcule o valor da capacitância pela relação a seguir:
1
Cin =
2 π * R 1 * fc
O valor da capacitância de entrada medida inclui as capacitâncias do
amplificador, da fiação e também do protoboard.
6) Analise Teórica
6.1 Analisando os resultados das medições do item 5.1, explique as características dos
Amplificadores Operacionais com relação ao ganho de tensão, resposta de freqüência, largura
de faixa e frequência de corte.
6.2 Observando os resultados das medições do item 5.2, explique as características da
resistência e capacitância do Amplificador Operacional Não Inversor.