Amplificadores operacionais – resposta em - Aprender

Laboratório de Dispositivos e Circuitos Eletrônicos
Curso de Graduação em Mecatrônica
Departamento de Engenharia Elétrica - FT - UnB
Professor: Geovany Araújo Borges
Roteiro de Aula de Laboratório 2:
Amplificadores operacionais – resposta em freqüência
Parte I - Questões teóricas
1. Para o amplificador da Figura 1, determine analiticamente a função de transferência Vs(s)/Vi(s). Considere que o
amplificador operacional possui modelo de primeira ordem para o ganho:
A(s) = Ao / (1 + s/ωb)
com Ao sendo o ganho c.c. do amplificador operacional, cujo valor é muito elevado, e ωb sendo a freqüência de corte
em malha aberta. Use também as seguintes aproximações: ωt ≈ Aoωb e 1/Ao ≈ 0, com ωt sendo a freqüência de
transição.
2. Determine a fórmula da freqüência de corte fc (em Hertz) do circuito amplificador em função da freqüência de
transição ft = ωt / (2π) e das resistências R1 e R2.
3. Esboce os diagramas de Bode (módulo e fase) de H(jω) = Vs(jω)/Vi(jω).
Figura 1. Circuito amplificador não-inversor.
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Figura 2. Circuito amplificador de áudio rudimentar.
Parte II - Roteiro de experiências
Material necessário:
1 Amplificador operacional quádruplo TL074.
1 Resistor 1 kΩ / 0,25W
1 Resistor 10 kΩ / 0,25W
1 Resistor 100 kΩ / 0,25W
Calculadora.
Equipamento: osciloscópio de dois canais, fonte de alimentação, gerador de sinais.
Experiência 1. Monte o circuito da Figura 1 com R1 = 1 kΩ e R2 = 10 kΩ, e usando um dos amplificadores
operacionais do TL074. Sendo vi(t) uma senóide de amplitude 500 mV, varie sua freqüência de modo a determinar a
freqüência de corte do circuito. Descreva o procedimento para determinar a freqüência de corte. Na freqüência de
corte, qual é a diferença de fase medida entre vs(t) e vi(t)? De posse da freqüência de corte, aplique o resultado do
quesito 2 para obter a freqüência de transição ft do amplificador operacional.
Experiência 2. Neste experimento iremos verificar na prática a redução da banda passante do amplificador devido
ao aumento do ganho. Assim, monte o circuito da Figura 1 usando R1 = 1 kΩ e R2 = 100 kΩ. Com o aumento do
ganho, faz-se necessário usar uma amplitude menor para a senóide vi(t), de modo a evitar a saturação da saída.
Sugere-se que a amplitude de vi(t) seja 50mV. Determine experimentalmente a nova freqüência de corte do
amplificador. Com relação ao experimento anterior, esta nova freqüência de corte é maior ou menor? Por quê?
Compare este novo valor experimental da freqüência de corte com o que seria esperado usando a fórmula do
quesito 2 da parte teórica e a freqüência de transição ft obtido do experimento anterior. Existe muita diferença entre
estes valores (o esperado e o experimental) da freqüência de corte?
Experiência 3 (opcional). Este experimento é opcional, ficando a cargo da equipe a decisão de realizá-lo ou não.
Em caso de realização, deve-se apenas mencionar nas conclusões do relatório sua realização, sem necessidade de
apresentar curvas ou análises.
Usando um microfone de eletreto e um fone de ouvido, monte o circuito da Figura 2. Atenção com a polaridade do
microfone, sendo que o fio vermelho corresponde ao sinal +. Este é um amplificador de áudio rudimentar. O sinal
vi(t) é análogo à variação da pressão do ar devido ao som captado pelo microfone de eletreto. O circuito que compõe
a parte do microfone foi projetado de modo que vi(t) tenha componente c.c. nula. O ganho de amplificação a vi(t) é
determinado pelas resistências R1 e R2 . Esse ganho não pode ser muito grande, senão o sinal vs(t) pode saturar
facilmente. Por outro lado, com um ganho muito pequeno, o som emitido pelo fone de ouvido não poderá ser
escutado. Assim, determine o ganho do amplificador observando a amplitude máxima de vi(t) com alguém falando ao
microfone. Determine assim R1 e R2 de modo que se tenha vs(t) com valores máximo e mínimo entre +8V e –8V.
Agora, pode usar seu amplificador de áudio!
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Observação 1: A organização e clareza na elaboração do relatório são pontos relevantes na avaliação.
Observação 2: Ao final da realização dos experimentos, os componentes devem ser devidamente guardados, as bancadas devem
ser deixadas organizadas e os equipamentos desligados. É proibido escrever nas bancadas. O grupo que não respeitar essa
diretiva terá dois pontos retirados da nota do relatório.
Anexo I - Encapsulamentos
TL074 (quádruplo amplificador
operacional)
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