Experiência 5 - Amplificador Operacional

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos
PMR3333 e PMR2433 Eletrônica para Engenharia Mecânical
2o Semestre 2016
Experiência 5
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Os amplificadores operacionais são usados em uma ampla variedade de circuitos eletrônicos em virtude da
versatilidade, baixo custo e das características elétricas que apresentam. São largamente empregados na área de
instrumentação e controle. O objetivo desta experiência é apresentar as características básicas dos amplificadores
operacional e alguns circuitos fundamentais em que são aplicados.
Lembre-se: você deve fazer o PRÉ-RELATÓRIO desta experiência com antecedência e entregá-lo no
início da aula. Revise o pré-relatório e a apostila antes da aula. Sua compreensão poderá ser avaliada por meio de
uma ARGUIÇÃO ORAL. Traga para a aula a apostila IMPRESSA. Os pontos importantes das atividades devem
estar destacados ou grifados.
PARTE I TEORIA
5.1 Características Básicas dos Amp-Ops
Um amplificador operacional (ou, abreviadamente, amp-op) é um circuito eletrônico feito para amplificar diferenças
de tensão. A Figura 5.1 mostra o seu símbolo. Os terminais marcados com ‘+’ e ‘–’ são, respectivamente, a entrada
não inversora e a entrada inversora. O parâmetro AD representa o ganho diferencial do amplificador.
V+
I+ →
VCC
+
AD
VERR
V–
IOUT →
VOUT
_
← I–
VEE
Figura 5.1 Símbolo do Amplificador Operacional
A tensão VERR, chamada de tensão de erro, é dada pela diferença entre as tensões de entrada V+ e V–. Ou
seja, VERR = V+ – V– . No caso de um amplificador ideal, a tensão VOUT de saída é dada por
VOUT = AD .VERR .
•
•
•
(5.1)
Um amplificador operacional ideal tem ainda as seguintes características:
ganho de tensão diferencial infinito (AD extremamente elevado),
impedância de entrada infinita (correntes de entrada I+ e I– iguais a zero)
impedância de saída zero (a tensão VOUT não varia com a corrente de saída IOUT).
O modelo ideal permite deduzir facilmente várias propriedades importantes dos amp-ops. Embora não
seja possível fabricar amp-ops com estas características, os circuitos reais se aproximam do ideal com bons
resultados. O ganho diferencial AD pode não ser infinito, mas na prática é bem alto. Aliás, por envolver valores
elevados, o ganho de tensão dos amplificadores normalmente é dado em decibéis (dB), ou seja
AD
dB
= 20 log
VOUT
.
VERR
(5.2)
Por exemplo, uma amplificação AD de 10.000 vezes corresponde a um ganho de +80 dB.
É importante lembrar que um amp-op opera alimentado com tensões externas, indicadas na Figura 5.1
pelas tensões VCC e VEE. Costuma-se alimentar um amp-op com uma tensão positiva e outra negativa, e é comum
também usarem-se tensões simétricas (por exemplo, VCC = +12 V e VEE = –12 V).
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Por limitações físicas, a tensão de saída não pode ultrapassar as tensões de alimentação. Por exemplo,
quando aplicamos uma tensão VERR elevada, tal que VERR.AD > VCC, ocorre a saturação do amplificador e a tensão
de saída é limitada à um valor próximo a VCC. Analogamente, uma tensão VERR muito negativa faz com que a
saída sature numa tensão próxima de VEE. Em ambas situações, a saída VOUT satura e deixa de ser proporcional à
VERR (ou seja, passa-se a ter |VOUT| < |VERR.AD|).
5.2 Amplificador Inversor
As principais características dos amp-ops podem ser entendidas a partir da análise do circuito mostrado na Figura
5.2 – trata-se de um circuito clássico denominado amplificador inversor. Note que a entrada não inversora e a entrada
inversora foram trocadas de lugar no desenho.
R2
R1
VCC
X
VIN
–
VOUT
VERR
+
VEE
Figura 5.2 Circuito do Amplificador Inversor
Considerando um amp-op ideal, podemos mostrar que
VOUT = −
R2
VIN .
R1
(5.3)
A tensão de saída será igual à tensão de entrada multiplicada por um fator ACL, denominado ganho de malha
fechada (ou closed loop gain), dado por
ACL = −
R2
.
R1
(5.4)
Repare que o ganho é negativo, ou seja, o sinal da tensão de saída será o inverso do sinal da tensão de
entrada. Por esse motivo o circuito é conhecido como Amplificador Inversor.
Também costumamos representar o módulo do ganho ACL em dB, mas tome um cuidado: se por exemplo
ACL = − 10, temos +20 dB de ganho e subentende-se que haverá inversão de sinal por ser um amplificador
inversor. Note: o ganho neste caso não é –20 dB, pois –20 dB corresponderia a uma atenuação de 0,1 vezes.
5.2.1 Ganho do amplificador inversor
Para deduzir a expressão 5.3, vamos adotar as seguintes aproximações:
• I– ≅ 0: como o Amp-Op tem impedância de entrada infinita, nenhuma corrente é drenada pela entrada ‘–’.
Assim, toda corrente que chega ao ponto X (através do resistor R1) é desviada para o resistor R2.
• VERR ≅ 0: como o ganho AD tende a infinito e assumindo que a saída não esteja saturada, a tensão diferencial
de entrada VERR é forçada a zero para que a saída não tenda a infinito. Como V+ é zero (está aterrado), o valor
de V– é aproximadamente zero.
V2
I2 →
R2
R1
VIN
X
I1 →
→
I– ≅ 0
V– ≅ 0
VOUT
terra virtual
Figura 5.3 Circuito equivalente do amplificador inversor (amp-op ideal)
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Com essas duas hipóteses, o circuito pode ser simplificado como mostra a Figura 5.3. Como a tensão no
ponto X é próxima de zero, a corrente no resistor R1 será
I1 =
VIN − V− VIN
≅
.
R1
R1
(5.5)
Nesta configuração, o ponto X é denominado terra virtual – sua tensão é zero apesar de não estar
conectado eletricamente ao terra, e portanto nenhuma corrente passa do ponto X para a malha de terra do circuito.
O terra virtual é um conceito importante e aparecerá em outros circuitos.
Retomando nossa dedução, pela primeira hipótese (impedância de entrada infinita) temos que as corrente
I1 e I2 são aproximadamente iguais, e portanto a tensão sobre resistor R2 pode ser aproximada por
V2 = R2 I 2 ≅ R2 .
VIN
.
R1
(5.6)
Por fim, como a tensão de saída é dada por VOUT = V– – V2, usando-se a expressão 5.6 e admitindo-se
novamente que a tensão V– é quase nula, chega-se à expressão 5.3.
Repare que o ganho fornece apenas uma relação entre os resistores do circuito. Para especificar
completamente os seus valores, temos que usar outros critérios. Nos exercícios do pré-relatório, veremos que
neste caso podemos utilizar como critério a impedância de entrada do circuito (definida mais adiante).
Pode parecer estranho que o ganho AD elevado force a tensão V– para zero. Na verdade, o amp-op ajusta
a tensão de saída VOUT de tal forma que o valor de VERR se aproxime de zero. Isso acontece devido à realimentação
negativa que existe entre a saída VOUT e a entrada inversora através do resistor R2. Se por algum motivo a tensão no
ponto X tender a aumentar, VERR se tornará negativo e VOUT instantaneamente diminuirá de modo a fazer a tensão
no ponto X diminuir e fazer VERR voltar a zero.
A utilização de amp-ops não ideais modifica um pouco a análise anterior. Neste caso, a corrente drenada
pela entrada inversora não é nula. Entretanto, em amp-ops reais, essa corrente é tão baixa (da ordem de microAmpères) que a aproximação 5.6 pode ser adotada sem problemas. O mesmo ocorre com relação ao ganho AD:
como na prática ele não é infinito e a tensão VERR não é exatamente zero; porém seu valor é tão baixo que pode
ser considerado nulo. Por exemplo, para um ganho AD = 100.000 (100 dB) e supondo VOUT = 10,0 V, a tensão
VERR seria de apenas −0, 1 µV!
5.2.2 Impedância de entrada do amplificador inversor
A Figura 5.4 esquematiza um circuito eletrônico qualquer. Define-se a impedância de entrada ZIN desse circuito como
sendo a impedância vista pela fonte de sinal VIN, que se traduz na corrente IIN que ela deve fornecer. Ou seja,
Z IN =
VIN
I IN
.
(5.7)
No caso do circuito do amplificador inversor, temos que a corrente de entrada IIN será dada por I1,
conforme mostra a Figura 5.3. Como o ponto X é um terra virtual, a impedância de entrada desse circuito deriva
da equação 5.5 e é dada pela resistência R1.
Desta forma, podemos usar ZIN como critério para definir R1 e com ele definir R2 de acordo com o ganho
ACL desejado. E como escolher R1 de forma razoável? Isto envolve uma solução de compromisso: R1 muito baixo
vai drenar uma alta corrente da fonte VIN, podendo queimá-la; R1 muito alto pode fazer com que IIN seja muito
baixa a ponto de torná-la próxima da corrente de entrada do amp-op (I– na Figura 5.3), o que comprometeria a
aproximação usada para o cálculo do ganho ACL.
IIN →
+
Circuito
VOUT
ZIN
VIN
–
a
Figura 5.4 Impedância de entrada
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5.3 Amplificador não Inversor
VCC
VIN
+
VERR
VOUT
–
VEE
X
R2
R1
Figura 5.5 Circuito amplificador não inversor
A Figura 5.5 mostra outro circuito clássico com realimentação negativa, denominado Amplificador não Inversor. A
tensão de saída é dada por
 R + R2 
VOUT =  1
 VIN .
R

1

(5.8)
Nesse caso, o ganho de malha fechada ACL é positivo e sempre maior que 1:
ACL =
R1 + R2
.
R1
(5.9)
5.3.1 Ganho do amplificador não inversor
Para se chegar à expressão 5.9, devemos utilizar as mesmas hipóteses anteriores: I– ≅ 0 e VERR ≅ 0. Assim, como a
impedância entre as entradas ‘+’ e ‘–’ é elevada, a corrente que circula entre elas é desprezível. Além disso, com
ganho AD infinito e assumindo que a saída não está saturada, a tensão diferencial VERR deve ser próxima de zero,
fazendo com que a tensão V– (na entrada inversora) se aproxime de VIN. Com estas aproximações, o amp-op
pode ser ignorado, restando o circuito equivalente mostrado na Figura 5.6.
I– ≅ 0 ↓
V– ≅ VIN
VOUT
X
R2
I1 ↓
← I2
R1
Figura 5.6 Circuito equivalente do amplificador não inversor (amp-op ideal)
Podemos então determinar a corrente que passa pelo resistor R1 como sendo
I1 =
V− VIN
≅
,
R1 R1
(5.10)
e como as corrente I1 e I2 são praticamente iguais, a tensão de saída será
VOUT = R1 I1 + R2 I 2 ≅ VIN + R2
VIN
,
R1
(5.11)
que é igual à expressão do ganho dada na equação 5.8.
5.3.2 Fração de realimentação
Repare que uma fração da tensão de saída é realimentada para a entrada inversora do amp-op através do divisor
resistivo formado por R1 e R2, tal que
V− = B.VOUT ,
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onde B é a chamada fração de realimentação, e vale
B=
R1
.
R1 + R2
(5.13)
Como no circuito anterior, a realimentação negativa e o ganho AD elevado fazem com que a tensão de
saída se ajuste automaticamente para manter VERR próximo de zero. Veja como a realimentação negativa funciona
neste caso.
No circuito da Figura 5.5, suponha que a tensão V+ na entrada não inversora aumente ligeiramente,
fazendo VERR aumentar também. Com isso, a tensão de saída VOUT aumenta instantaneamente, forçando a tensão
V− na entrada inversora a aumentar (conforme a expressão 5.12), de modo a zerar novamente a tensão VERR,
anulando dessa forma o incremento inicial em V+.
5.3.3 Impedância de entrada
Se compararmos o circuito amplificador não inversor (Figura 5.5) com a Figura 5.4, vemos que a determinação da
impedância de entrada é imediata. Como o sinal de entrada VIN é aplicado diretamente à entrada não inversora do
amp-op, a impedância de entrada do circuito é igual à do amp-op, que na prática é muito elevada. Portanto,
podemos admitir que a impedância de entrada ZIN deste circuito tende a infinito.
5.3.4 Corrente de polarização
Como a impedância de entrada é fixada pelo amp-op, ela não pode ser usada como critério adicional para
especificar o valor dos resistores neste circuito. Nesta caso, podemos usar como critério a corrente de polarização I2
que passa por R1 e R2.
Se estes resistores forem muito baixos, a corrente I2 poderá ser muito alta e queimar o amp-op. Por outro
lado, se forem muito elevados, I1 e I2 serão muito baixas e se aproximarão da corrente de entrada do amp-op (I– na
Figura 5.6), comprometendo a aproximação feita.
Nos exercícios do pré-relatório você encontrará um exemplo de como especificar as correntes I1 e I2.
5.4 Saturação da tensão de saída
Lembre-se que a excursão da tensão de saída do amp-op não é ilimitada. O que acontece então quando se aplica
um sinal VIN de amplitude muito elevada nos circuitos anteriores?
5.4.1 Saturação do Amplificador não Inversor
Suponha que o amp-op da Figura 5.5 seja alimentado com as tensões VCC e VEE. A saída VOUT não pode
ultrapassar esses limites. Na prática, a tensão de saída limita-se a amplitudes um pouco menores, que
representaremos por VSAT+ e VSAT– (tipicamente entre 1 a 2 V abaixo das tensões de alimentação).
Sendo ACL o ganho em malha fechada do circuito não inversor, uma tensão de entrada VIN = VSAT+ /ACL
fará a saída atingir a tensão máxima que ela pode fornecer, e qualquer aumento posterior em VIN não mais será
acompanhado por um aumento em VOUT. Ou seja, a saída satura no limite superior VSAT+, conforme se vê no lado
direito da curva da Figura 5.7.
VOUT
VSAT −
ACL
VCC
VSAT +
VSAT −
VEE
ACL =
VSAT +
ACL
R1 + R2
R1
VIN
Figura 5.7 Curva de entrada e saída com saturação do amplificador não inversor
O resultado disso não chega a ser catastrófico (respeitada a máxima tensão de entrada suportada pelo ampop, é claro), mas uma importante simplificação que fizemos para analisar o circuito deixa de valer: a tensão
diferencial de entrada VERR não pode mais ser desprezada. Ela passa a ser significativa e pode ser estimada da
seguinte forma.
No circuito da Figura 5.6, com VOUT saturado no patamar superior VSAT+ não se pode mais afirmar que a
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tensão VERR seja desprezível. No entanto, a corrente de entrada do amp-op continua a ser muito baixa (isto é, I– ≅
0) e portanto a tensão V– continua sendo definida pelo divisor resistivo formado por R1 e R2. Lembrando que na
entrada ‘+’ do amp-op temos a tensão de entrada VIN e que a saída se encontra saturada (VOUT = VSAT+), temos
VERR = VIN −
VSAT +
R1 (saída saturada no limite superior).
R1 + R2
(5.14)
Da mesma forma, quando aplicamos uma tensão muito negativa tal que VIN < VSAT– /ACL, a saída satura
no limite inferior VSAT– conforme se pode ver no lado esquerdo da Figura 5.7, e a tensão diferencial de entrada a
passa a ser dada por
VERR = VIN −
VSAT −
R1 (saída saturada no limite inferior).
R1 + R2
(5.15)
5.4.2 Saturação do Amplificador Inversor
Analogamente, quando a saída do circuito amplificador inversor (Figura 5.2) satura, não podemos mais considerar
que a tensão diferencial de entrada seja próxima de zero. Com a saída saturada, essa tensão (VERR) pode ser
estimada como se segue.
No circuito de realimentação do amplificador inversor (Figura 5.3), o ponto de terra virtual deixa de
existir e a tensão V– passa a ser significativa. No entanto, a impedância de entrada do amp-op continua sendo
elevada e podemos continuar desprezando a corrente I– de entrada. Com isso, as correntes nos resistores ainda
podem ser consideradas praticamente iguais e dadas por
I1 ≅ I 2 ≅
VIN − VOUT
.
R1 + R2
A tensão na entrada inversora é dada por
V− = VIN − R1 I1 .
No amplificador inversor, a entrada não inversora esta aterrada (V+ = 0) e portanto a tensão de erro é dada por
VERR = – V–. Com isso, e dadas as duas últimas equações, tem-se que
VERR = −
VIN R2 + VOUT R1
.
R1 + R2
(5.16)
Repare que essa relação é válida sempre que I– for desprezível (I– << I1), estando VOUT saturada ou não.
Como mostra a Figura 5.8, para uma entrada VIN acima de VSAT– /ACL, a saída satura no limite inferior
em VSAT– (o amplificador inversor tem ganho ACL é negativo).
VOUT
VCC
VSAT +
VSAT +
ACL
ACL = −
R2
R1
VSAT −
ACL
VIN
VSAT −
VEE
Figura 5.8 Curva de entrada e saída com saturação do amplificador inversor
Fazendo VOUT = VSAT– na equação 5.16,
VERR = −
VIN R2 + VSAT − R1
(saída saturada no limite inferior).
R1 + R2
(5.17)
Da mesma forma, com VIN abaixo de VSAT+ /ACL, a saída satura no limite superior VSAT+ e temos
VERR = −
VIN R2 + VSAT + R1
(saída saturada no limite superior).
R1 + R2
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5.5 Terminologia
Alguns termos são usados para caracterizar um amp-op real.
• Tensão de Offset de Entrada Tensão diferencial que deve ser aplicada na entrada, ou seja, (V+ − V−), para
que a saída seja zero. No amp-op ideal, este valor deve ser zero.
• Corrente de Offset de Entrada Corrente drenada pelas entradas, ou seja, (I+ − I −) , quando a saída é zero.
Esse valor é idealmente zero.
• Ganho comum (AC): ganho que se aplica a tensão média entre as duas entradas e que gera uma componente
aditiva indesejada de saída dada por AC(V+ + V−)/2 . Idealmente, AC é zero
• Razão de Rejeição de Modo Comum (CMRR) Razão entre o ganho diferencial AD e o ganho comum AC.
Como idealmente o ganho comum AC é zero, em um amp-op ideal o CMRR seria infinito.
• Resistência de Entrada No amp-op ideal, é infinita; em amp-ops reais, assume valores da ordem de MΩ.
• Máxima Excursão de Saída Máxima amplitude de variação que a saída pode assumir sem saturação.
• Ganho de tensão É o valor de AD, da ordem de 106 em amp-ops reais, e infinito em amp-ops ideais.
• Banda de Potência Total É a maior frequência na qual a máxima excursão de saída ainda é obtida. Para
frequências maiores, o ganho diferencial AD diminui drasticamente. Idealmente, a banda deveria ser infinita.
• Banda de Ganho Unitário Como o ganho AD diminui com a frequência, em uma dada freqüência o ganho
cai para um (AD = 1) e essa frequência determina a banda de ganho unitário.
• Slew Rate É a máxima taxa de variação de voltagem de saída. Um slew rate de 10 V/µseg, por exemplo,
significa que é impossível variar a tensão de saída do amp-op a uma taxa superior a 10 V por µseg.
5.6 Cancelamento da tensão de Offset
Amp-ops costumam ser usados em circuitos de precisão, em que os níveis CC dos sinais não podem ser
descartados. No entanto, os amp-ops apresentam imperfeições que geram uma tensão de saída não nula mesmo
quando a tensão diferencial de entrada é zero, ou seja, quando as entradas + e – se encontram em curto.
Equivalentemente, esse problema pode ser modelado por uma tensão muito baixa que se encontra internamente
entre as entradas diferenciais, chamada tensão de offset.
Para compensar o desbalanceamento entre as entradas e zerar o offset, muitos amp-ops comerciais dispõem
de terminais adicionais nos quais se pode conectar um potenciômetro – uma resistência que varia por meio de um
ajuste mecânico (o componente onde a Mecânica e a Eletrônica se juntam). É o caso do amp-op TL081 que
usaremos.
5.7 Materiais e equipamentos
5.7.1 Amplificador Operacional TL081
O circuito integrado a ser utilizado nesta experiência é o CI TL081 (datasheet em anexo). O encapsulamento e a
pinagem do CI são apresentados na Figura 5.9.
VCC
OFFSET N1
1
8
V–
2
7
V+
3
6
VEE
4
5
NC
VCC
OUT
OFFSET N2
V+
3
7
+
6
V–
2 _
OUT
5
4
1
N2
N1
VEE
Figura 5.9 Amplificador operacional TL081
O pino 8 não é usado e por tem a indicação NC (não conectado). Note que no datasheet o pino 4
(alimentação negativa) está indicado como VCC– .
Os pinos N1 e N2 são destinados ao ajuste de offset de saída. Pelo datasheet , deve-se conectar entre esses
pinos um potenciômetro de 100 kΩ com o terminal central ligado à alimentação negativa do amp-op, como mostra
a Figura 5.10.
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VCC
7
V+
3
+
6
V–
OUT
5
2 _
4
N2
1
N1
VEE
Figura 5.10 Circuito de ajuste de offset
5.7.2 Fonte simétrica
Como vimos na experiência 4, a fonte de tensão do laboratório (Minipa MPC-3003D) possui uma saída fixa de 5 V
e mais duas saídas variáveis (que chamamos de VN e VP). Essas três saídas são eletricamente isoladas entre si,
conforme ilustra a Figura 5.11. Lembrando ainda que os bornes verdes (centrais) das saídas variáveis estão
conectados eletricamente ao chassi da fonte, que por sua vez está ligado ao pino de aterramento (terceiro pino) do
plugue de alimentação.
VN
VP
VN
+5 V
–
+5 V
VP
+
–
+
–
+
Chassi
Chassi
Figura 5.11 Isolação entre as saídas VN, VP (variáveis) e +5 V (fixa).
Para se alimentar um circuito com tensões diferentes é necessário interconectar as saídas adequadamente.
Por exemplo, para se ter duas tensões positivas, deve-se interligar os terminais negativos (bornes pretos) das duas.
Nesta experiência, precisaremos de duas tensões SIMÉTRICAS: uma negativa (VEE) e outra positiva (VCC),
de mesmo valor. Revise a apostila da experiência 4 para ver como configurar a fonte MPC-3003D para este uso.
5.8 PRÉ-RELATÓRIO
ATENÇÃO: leia as atividades por completo para fazer os exercícios corretamente!
Total de exercícios: 8
O pré-relatório é composto pelos EXERCÍCIOS contidos nesta apostila. Você deverá entregar o prérelatório até o começo da aula de sua turma, caso contrário não poderá fazer a experiência. Os exercícios podem
ser resolvidos a lápis, mas as respostas finais devem ser escritas à caneta. Faça-os com antecedência, para ter
tempo para tirar dúvidas e fazer todos os exercícios.
A nota do pré-relatório depende também de uma ARGUIÇÃO ORAL que poderá ser feita em aula.
Portanto, revise o pré-relatório e a apostila antes da aula. A arguição oral também poderá ser feita para esclarecer
partes confusas ou mal feitas no pré-relatório, por isso é importante que você o faça com esmero.
Leia com atenção todas as atividades da Parte II antes da aula, e não apenas os exercícios. Isso é
necessário para fazer os exercícios corretamente pois muitos detalhes estão descritos nas atividades em que se
inserem. Além disso, você já terá uma noção das atividades e perderá menos tempo durante a aula.
Traga para a aula a apostila IMPRESSA. Os pontos importantes das atividades devem estar destacados
ou grifados. As anotações serão avaliadas e contarão na nota final da experiência.
IMPORTANTE: faça com cuidado os diagramas elétricos dos circuitos e as formas de onda pedidos no
pré-relatório. Caso contrário, você terá que REFAZÊ-LOS no laboratório.
Ao final da apostila, encontram-se algumas dicas e respostas para alguns dos exercícios.
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PARTE II PRÁTICA
Atividade 1 Configuração do osciloscópio e do gerador de funções
Anotação 1a Anote no cabeçalho do relatório: nome dos integrantes da equipe, número da bancada e a hora de
início das atividades.
Verifique a calibração das pontas de prova do osciloscópio.
Conecte as pontas dos canais 1 e 2 no terminal de calibração (“Probe Comp”) do osciloscópio.
Conecte a garra de referência (terra) da ponta do canal 1 no terminal inferior (GND).
Aperte o botão “Auto Set” do osciloscópio.
Veja as ondas quadradas de 5 V e 1 kHz. Se a ponta não estiver bem calibrada, ao contrário da borda do
sinal, você verá um canto arredondado ou um sobressinal. A calibração da ponta é feita ajustando-se um capacitor
de compensação através de um pequeno parafuso. O parafuso é bastante frágil! NÃO MEXA nele sem antes
chamar o professor. Havendo pouca distorção, não se preocupe – não precisaremos de alta precisão.
Vamos fazer alguns ajustes iniciais no osciloscópio antes de usá-lo nas próximas atividades.
Ativação e seleção de canais: botão “1” e botão “2”.
Atenuação 10x para as duas pontas: selecione o canal; o menu “Probe” deve mostrar “10X Voltage” – caso
contrário, selecione o menu “Probe” e em seguida o menu “Attenuation” até ajustar em “10X”.
Acoplamento DC nos dois canais: selecione o canal e ajuste o menu “Coupling” para “DC”.
Limite de banda nos dois canais: selecione o canal e ajuste o menu “BW Limit” para “On 20MHz”.
Configurações de Trigger : aperte o botão “Trig Menu” e faça os seguintes ajustes
• Source: CH1 – compara o sinal no canal 1 com o nível ajustado de trigger para gerar os disparos
• Type: Edge – faz com que o instante de trigger seja uma das bordas do sinal Source
• Slope: Rising – gera os disparos nas bordas de subida do sinal Source
• Mode: Auto – gera disparos automaticamente caso o sinal Source não atinja o nível de trigger.
• Coupling: DC – mantém o nível DC do sinal Source ao compará-lo com o nível ajustado de trigger.
ATENÇÃO: a partir de agora, NÃO APERTE mais o botão “Auto set”! Caso contrário, essas
configurações se perderão e terão que ser refeitas.
Não usaremos a ponta do canal 2 do osciloscópio por hora. Para não deixá-la perdida na bancada, deixe
sua extremidade presa no terminal de terra do painel do osciloscópio (abaixo do “Probe Comp”) e desative o canal 2.
Vamos aproveitar para deixar o gerador de funções pronto para o sinal que usaremos mais adiante: uma
onda triangular de -1,0 V a +1,0 V de amplitude (2,0 V pico a pico) e 10 kHz de frequência. NOTA: o painel do
gerador de funções mostra APENAS a frequência – para se ajustar a AMPLITUDE, você deve monitorar o sinal
no osciloscópio!
Conecte o cabo BNC/garrinhas à saída “50 Ω” do gerador de sinais.
Tire a ponta 1 dos terminais de calibração e conecte a ponta no terminal positivo (garra vermelha) do gerador.
Conecte garra de referência da ponta de prova 1 no terminal negativo (garra preta) do gerador.
Selecione o sinal triangular no painel do gerador (pressione o botão “Function” correspondente).
Ajuste a frequência para 10 kHz (selecione a escala correspondente e ajuste girando o botão “Frequency”).
O botão “DC OFFSET” deve estar apertado para que o valor médio (offset) da onda seja zero.
O botão “–20 dB” de estar desapertado para não atenuar a tensão de saída (a amplitude será maior que 1 V)
Botões “WIDTH” e “SYM.”: apertados (para ficarem desativados).
Botão “AMP”: gire quase tudo para a esquerda para deixar o sinal inicialmente com baixa amplitude.
Ligue o gerador: mas antes, certifique-se que os terminais (garras vermelha e preta) não estejam em curto!
APRENDA: para usar bem um osciloscópio, você precisa ter uma ideia do sinal que pretende encontrar.
Como a frequência é de 10 kHz, para se ter 1 divisão por período, é necessário ajustar a escala horizontal para...
100 µs/div (certo?). Como a amplitude é de 2 Vpp (pico a pico), para que o sinal ocupe uma divisão na vertical, a
escala vertical teria que ser de... 2 V/div (óbvio). O sinal esperado é simétrico (de -1 V a +1V); então para que ele
apareça centrado na tela, o nível de referência do canal (indicador “1→” na lateral ESQUERDA da tela) deve ficar
mais ou menos no meio da tela, não?
Isto é apenas um ponto de partida. Em particular, o nosso osciloscópio não tem ganho de 2 V/div –
comece então com 1 V/div. Ajuste a amplitude total para mais ou menos 2,0 V (botão “AMP.” do gerador).
Se o sinal não aparecer estático na tela, é necessário ajustar o nível de trigger (cujo sinal Source é o CH1,
certo?). Ajuste o botão “Level” para que o nível de trigger (indicador “←” na lateral DIREITA da tela) fique no
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meio da excursão vertical do sinal. Para fazer isso, o botão “Set to 50%” ajuda, mas você pode ainda precisar fazer
alguns ajustes pelo botão “Level” para estabilizar o sinal na tela.
Para que se possa ver melhor a onda, convém que um período ocupe umas 4 divisões. Portanto, diminua
ainda mais a escala horizontal (gire o botão da escala horizontal para a direita). Diminua também a escala vertical
para o sinal ocupe umas 4 divisões de amplitude. Ajustar a amplitude (agora com mais precisão) para 2,0 Vpp.
VERIFIQUE: o sinal deve ter nível DC nulo, ou seja, deve excursionar simetricamente em torno do
nível de referência do canal (“1→” na lateral esquerda). Se isso não estiver acontecendo, pode ser que o seu
gerador de funções não esteja zerando o offset direito. Nesse caso... faça isso manualmente: puxe o botão “DC
OFFSET” e ajuste-o para centralizar a amplitude pico a pico em torno do nível de referência.
Anotação 1b Meça o período em divisões da tela, anote a escala horizontal (ms/div) e calcule o período em ms.
Meça a amplitude pico a pico em divisões, anote a escala vertical (V/div) e calcule a amplitude em Volts.
Anotação 1c Anote o horário de término desta atividade.
Como não usaremos esse sinal logo em seguida, DESLIGUE o gerador de sinais.
Atividade 2 Amplificador não Inversor
Exercício 1 (Respostas finais à caneta) Revise a descrição da fonte de tensão na apostila da experiência 4 e
mostre como configurá-la para fornecer tensões simétricas: VEE = -6,0 V e VCC = +6,0 V. Considere que as saídas
variáveis operem em modo independente (botões “TRACKING” desapertados).
Exercício 2 Necessita-se de um amplificador não inversor (Figura 5.5) com ganho de tensão de aproximadamente
6 dB. A corrente de polarização consumida pelos resistores de realimentação (R1 e R2) não deve ultrapassar 2,0
mA (com VOUT próximo do máximo). O amp-op é alimentado com as tensões descritas nesta atividade
(verifique). Dimensione os resistores e escolha resistores comercialmente disponíveis de 5% de precisão. Consulte
a série E12 (experiência 4) e escolha os que forem mais próximos. Indique os códigos de cores correspondentes.
Exercício 3 Faça o esboço do circuito, inicialmente SEM o potenciômetro de offset. Depois, acrescente em
PONTILHADO o potenciômetro de ajuste de offset. Numere os pinos do CI, identifique os resistores por seus
nomes (R1, R2, etc.) e anote próximo a eles os valores nominais escolhidos. Represente a fonte, o gerador de
funções e o osciloscópio. Leia como o circuito será testado nesta atividade e indique os pontos do circuito que
serão conectados a saída do gerador e aos canais do osciloscópio (CH1 e CH2).
Anotação 2a Caso seu projeto tenha sido considerado satisfatório pelo professor, NÃO é necessário refazer o
esquema – indique no relatório qual projeto foi escolhido para ser montado. CASO CONTRÁRIO, refaça a mão
livre o esquema corretamente no relatório.
Separe os resistores para montar o circuito do amplificador inversor projetado no pré-relatório
Meça os resistores com o multímetro ANTES de montar o circuito.
Anotação 2b Anote o valor das resistências medidas e recalcule o ganho ACL com esses valores.
Monte o amplificador não inversor SEM o potenciômetro de offset - não vamos ajustar o offset neste circuito.
Faça as conexões com os próprios terminais dos resistores – evite usar cabinhos adicionais.
Para padronizarmos as montagens, use as trilhas de alimentação como mostra a Figura 5.12. NÃO PRENDA
cabinhos flexíveis nos bornes – isso estraga os terminais de cobre dos cabinhos. Ao invés deles, USE os
pedaços de fios rígido de alumínio para ligar os bornes às trilhas de alimentação (VCC, 0 V e VEE).
terra
0V
VCC
VCC
CI
+6 V
VEE
Fios
rígidos
-6 V
Bornes
0V
VEE
Figura 5.12 Amp-op e trilhas de alimentação no protoboard
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Configure a fonte de tensão (conforme seu pré-relatório) para fornecer saídas de VEE = –6 V e VCC = +6 V.
Verifique as tensões com o multímetro SEM ligar a fonte ao protoboard! Em seguida, DESLIGUE a fonte.
Verifique a saída “50 Ω” do gerador de sinal com o canal 1 do osciloscópio (não esqueça de interligar os
terras!). Lembrando: sinal triangular de –1,0 V a +1,0 V, com frequência de 10 kHz.
Conecte com cabos banana-banana as saídas da fonte aos bornes do protoboard (não esqueça o terra!). Use
cabos com CORES DIFERENTES: vermelho para VCC, preto para 0 V (terra) e outra cor para VEE.
Conecte o terminal positivo do gerador (vermelho) à entrada VIN do circuito (e o negativo ao terra!).
Conecte a ponta do canal 1 na entrada VIN e a ponta do canal 2 na saída VOUT
VERIFIQUE: devem estar em contato com o borne de 0 V (terra) do protoboard :
• Trilha de 0 V do protoboard,
• O terminal negativo (garra preta) do gerador de funções
• O terminal de referência (garra preta) da ponta de prova do osciloscópio
Ligue a fonte.
Ajuste a escala horizontal para ver pelo menos 2 períodos dos sinais.
Verifique inicialmente se os sinais VIN e VOUT estão em fase e se a amplitude do último é maior.
Ajuste a escala vertical do canal 2 para ver VOUT com a maior excursão vertical possível para poder medir os
níveis com maior precisão.
Anotação 2c Anote a escala horizontal (em µs/div) e a escala vertical (em V/div) do canal 2. Meça e anote a
amplitude pico a pico do sinal de saída. Calcule o ganho em malha fechada do circuito. Compare com o ganho
recalculado na anotação anterior e discuta possíveis discrepâncias.
Anotação 2d Esboce a mão livre o sinal VIN e, abaixo dele, o sinal VOUT. Reserve espaço abaixo deste para
esboçar os três sinais seguintes (desenhe no topo de uma folha nova). Desenhe os sinais de forma sincronizada.
Indique nos sinais o período (em ms) e os níveis máximos e mínimos (em volts) de cada um. Rotule este sinal de
saída como “VOUT sem saturação”.
Anotação 2e Anote a hora. Mostre o circuito funcionando e suas anotações para o professor.
Atividade 3 Saturação do Amplificador não Inversor
Mantenha o circuito ligado.
Observe a entrada VIN no canal 1 e a saída VOUT no canal 2.
Aumente gradativamente a amplitude do sinal de entrada (botão “AMP” do gerador de função).
Reduza a escala vertical dos canais quando necessário para que os sinais caibam na tela.
Ajuste VIN para excursionar de –4 a +4 V (esses valores devem fazer a saída do amp-op saturar).
Verifique o nível DC (médio) do sinal VIN: se não for nulo, ajuste pelo botão “DC OFFSET”.
Exercício 4 Determine a tensão diferencial de entrada (VERR = V+ – V–) que resultará nesta atividade quando
VIN = +4 V, usando os valores de resistores que você escolheu no exercício anterior. Considere que a saída satura
em –6 V ou +6 V. Lembre-se: quando a saída do amp-op satura, a tensão VERR não é mais nula!
Verifique inicialmente se a saída está saturando tanto no ciclo positivo como no negativo.
Ajuste a escala vertical do canal 2 para ver os sinais VIN e VOUT com a maior excursão vertical possível.
Anotação 3a Meça os níveis de tensão mínimo e máximo do sinal de saída. Esboce a mão livre o sinal VOUT
abaixo dos anteriores e de forma sincronizada. Indique os níveis máximos e mínimos (em volts). Rotule este
sinal de saída como “VOUT com saturação”.
Em seguida, passe a ponta do canal 2 para a entrada inversora do amp-op (pino 2) e observe a tensão V−.
Ajuste a escala vertical para ver o sinal com a maior excursão vertical possível.
Anotação 3b Meça os níveis de tensão mínimo e máximo do sinal V−. Esboce a mão livre o sinal V− abaixo dos
anteriores e de forma sincronizada. Indique os níveis máximos e mínimos (em volts). Rotule este sinal como
“V− com saturação”.
Anotação 3c Determine graficamente a diferença entre as tensões VIN e V− do item anterior. Essa é a forma de
onda da tensão diferencial de entrada (VERR = V+ – V−). Esboce essa forma de onda abaixo das anteriores de
forma sincronizada. Indique os valores máximos e mínimos (em volts). Rotule este sinal como “VERR com
saturação”.
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Anotação 3d Compare os valores máximo e mínimo de VERR com o valor calculado no pré-relatório e discuta
possíveis discrepâncias.
Anotação 3e Mostre o circuito funcionando e suas anotações para o professor.
Atividade 4 Amplificador Inversor
Vamos montar o amplificador inversor projetado no pré-relatório, inicialmente SEM o potenciômetro de ajuste de
offset. NOTA: o correto seria zerar o offset ANTES de usar o amplificador inversor, mas deixaremos isso para o
fim, com a intenção de otimizar a cadência das atividades e apenas para você ver como isso é feito. Além disso,
estamos usando sinais de amplitude considerável, o que torna o erro de offset (se houver) desprezível.
Exercício 5 Necessita-se de um amplificador inversor (Figura 5.2), com ganho de tensão próximo a 6 dB. Ele
será usado para amplificar o sinal de um sensor que fornece tensões entre -1,0 a + 1,0 V. O sensor é capaz de
fornecer ou drenar no máximo 1,0 mA de corrente. Dimensione os resistores R1 e R2, e escolha resistores
comercialmente disponíveis (consulte a série E12, apostila da experiência 4). Note que deve-se ter |VIN /ZIN | <
1,0 mA. Não é necessário usar associações série ou paralelo de resistores para se obter os valores de resistência
calculados (lembre-se que os resistores têm baixa precisão). Escolha os que forem mais próximos e indique os
códigos de cores correspondentes (no laboratório, os resistores disponíveis são de 5% de precisão).
Exercício 6 Faça o esboço do circuito, incluindo o potenciômetro de ajuste de offset. Anote o valor nominal do
potenciômetro próximo a ele e numere os pinos do amp-op. Identifique os resistores por seus nomes (R1, R2, etc)
e anote os valores nominais escolhidos próximos a eles. Represente a fonte, o gerador de funções e o osciloscópio.
Leia como o circuito será testado nesta atividade e indique os pontos do circuito que serão conectados a saída do
gerador e aos canais do osciloscópio (CH1 e CH2).
Anotação 4a Caso seu projeto tenha sido considerado satisfatório pelo professor, NÃO é necessário refazer o
esquema – indique no relatório qual projeto foi escolhido para ser montado. CASO CONTRÁRIO, refaça a mão
livre o esquema corretamente no relatório – neste caso faça o DL antes de começar a montar o circuito, caso
contrário você será penalizado.
Separe os resistores para montar o circuito do amplificador inversor projetado no pré-relatório
Meça os resistores com o multímetro ANTES de montar o circuito.
Anotação 4b Anote os valores medidos das resistências R1 e R2 e recalcule o ganho ACL com esses valores.
Monte no protoboard o circuito do amplificar inversor SEM o potenciômetro de ajuste de offset.
Ligue o gerador de funções e observe o sinal VIN no canal 1. Reajuste a amplitude do sinal (triangular) para
que excursione de -1,0 a +1,0 V, com período de 0,1 ms.
Observe o sinal de entrada VIN no canal 1 e a saída VOUT no canal 2.
•
•
•
VERIFIQUE: devem estar em contato com o borne de 0 V (terra) do protoboard :
Trilha de 0 V do protoboard,
O terminal negativo (garra preta) do gerador de funções
O terminal de referência (garra preta) da ponta de prova do osciloscópio
Ligue a fonte de tensão e observe o sinal VOUT no canal 2.
Verifique inicialmente se o sinal está INVERTIDO com relação ao sinal de entrada.
Ajuste a escala vertical do canal 2 para ver VOUT com a maior excursão vertical possível para poder medir os
níveis com maior precisão.
Anotação 4c Anote a escala horizontal (em µs/div) e a escala vertical (em V/div). Meça e anote a amplitude pico
a pico do sinal de saída. Calcule o ganho em malha fechada do circuito (lembre-se: este ganho é NEGATIVO).
Compare com o ganho recalculado na anotação anterior e discuta possíveis discrepâncias.
Anotação 4d Esboce a mão livre o sinal VIN e, abaixo dele, o sinal VOUT. Reserve espaço abaixo deste para
esboçar os sinais seguintes (desenhe no topo de uma folha nova). Desenhe os sinais de forma sincronizada.
Indique nos sinais o período (em ms) e os níveis máximos e mínimos (em volts) de cada um. Rotule este sinal de
saída como “VOUT sem saturação”.
Anotação 4e Mostre o circuito funcionando e suas anotações para o professor.
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Atividade 5 Saturação do Amplificador Inversor
Mantenha o circuito ligado.
Observe a entrada VIN no canal 1 e a saída VOUT no canal 2.
Aumente gradativamente a amplitude do sinal de entrada (botão “AMP” do gerador de função).
Reduza a escala vertical dos canais quando necessário para que os sinais caibam na tela.
Ajuste VIN para excursionar de –4 a +4 V (esses valores devem fazer a saída do amp-op saturar).
Verifique o nível DC (médio) do sinal VIN: se não for nulo, ajuste pelo botão “DC OFFSET”.
Exercício 7 Determine a tensão diferencial de entrada (VERR = V+ – V–) que resultará nesta atividade quando
VIN = +3 V, usando os valores de resistores que você escolheu no exercício anterior. Considere que a saída satura
em –6 V ou +6 V. Lembre-se: quando a saída do amp-op satura, a tensão VERR não é mais nula!
Verifique inicialmente se a saída está saturando tanto no ciclo positivo como no negativo.
Ajuste a escala vertical do canal 2 para ver os sinais VIN e VOUT com a maior excursão vertical possível.
Anotação 5a Meça os níveis de tensão mínimo e máximo do sinal de saída. Esboce a mão livre o sinal VOUT
abaixo dos anteriores e de forma sincronizada. Indique os níveis máximos e mínimos (em volts). Rotule este
sinal de saída como “VOUT com saturação”.
Conecte o canal 2 à entrada inversora “–” do amp-op (pino 2) para observar a tensão V−.
Ajuste o ganho vertical do canal 2 para que o sinal ocupe quase toda a tela.
Anotação 5b Meça os níveis de tensão mínimo e máximo do sinal V−. Esboce a mão livre o sinal V− abaixo dos
anteriores e de forma sincronizada. Indique os níveis máximos e mínimos (em volts). Rotule este sinal como
“V− com saturação”.
Anotação 5c Compare os valores mínimo e máximo de V− com o valor de VERR calculado no pré-relatório (note
que neste circuito VERR = –V− ). Discuta possíveis discrepâncias.
Anotação 5d Anote a hora. Mostre o circuito funcionando e suas anotações para o professor.
Atividade 6 Ajuste de offset
Vamos incluir o circuito de ajuste de offset no amplificador inversor. Lembre-se: o correto seria ter feito esse
procedimento antes de usar tanto o amplificador não inversor com o amplificador inversor.
Exercício 8 Consulte o datasheet do amp-op TL081 (em anexo). Determine o valor nominal do potenciômetro
necessário para zerar o offset.
SUGESTÃO: para ter menos conexões, insira o potenciômetro abaixo do amp-op, alinhando um dos
extremos do resistor com o pino 1 do amp-op, como mostra a Erro! Fonte de referência não encontrada. –
assim, restará apenas o tap central e o outro extremo do resistor para serem ligados ao resto do circuito.
terra
0V
VCC
+6 V
VEE
CI
Fios
rígidos
-6 V
Bornes
Figura 5.13 Amp-op, potenciômetro e trilhas de alimentação no protoboard
Desligue a fonte e o gerador de funções.
Remova o cabo do gerador de funções do circuito.
Monte no protoboard o potenciômetro de ajuste de offset.
O terminal central do potenciômetro deve estar ligado à... VEE (certo?)
Aterre a entrada VIN do circuito (coloque o terminal de entrada do resistor R1 em 0 V).
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Com VIN = 0 V, idealmente a tensão de saída VOUT também deve ser nula. Caso contrário, é necessário
ajustar o potenciômetro de offset. Para isso, use uma chave de fenda de plástico.
ATENÇÃO: tanto o parafuso do potenciômetro como a ponta da chave de fenda são MUUUITO
delicados! Gire o parafuso devagar e NÃO FORCE! O parafuso NÃO GIRA uma volta completa e há marcas
indicando os limites de giro da fenda. Veja a Figura 5.14.
Terminais do resistor
LIMITES!
Terminal central
Figura 5.14 Potenciômetro
Ligue a fonte e meça a tensão de saída VOUT com o multímetro (em escala DC).
Ajuste o parafuso do potenciômetro COM CUIDADO até ter a menor tensão de saída possível.
Anotação 6a Anote a tensão final de offset (use a escala mais sensível de tensão do multímetro).
Anotação 6b Anote a hora. Mostre o circuito funcionando e suas anotações para o professor..
Atividade 7 Finalização
Se você pegou um CI pifado, NÃO DEVOLVA à caixinha. Entregue-o ao professor.
Remova os CIs COM CUIDADO. Use uma tampa de caneta BIC ou as pontas do multímetro. Levante os
lados um pouco de cada vez para não entortar os pinos. Guarde-os na caixa.
Deixe a bancada em ordem. Falhas nesse procedimento serão penalizadas.
Anotação 7a Check list – Verifique e anote no relatório cada um dos itens abaixo. ESCREVA os nome dos itens e
não apenas uma sequência de meros “sim” e “não”.
Equipamentos Liste todos os equipamentos usados. Todos estão desligados?
Multímetro Os cabos das pontas de prova do multímetro estão arrumados? Deixe o multímetro sobre o
tampo baixo da bancada, para que possamos conferir facilmente se está desligado.
Osciloscópio Os cabos das pontas de prova do osciloscópio estão arrumados?
Componentes O CI, o potenciômetro e a chave de plástico foram guardados na caixa?
Cabinhos A caixa deve conter 30 cabinhos de cores variadas. Ela está completa?
Resistores e fios Há algum caído no chão ou esquecido na bancada?
Empréstimos Usou alguma coisa de outra bancada? O quê? Foi devolvido?
Defeitos Encontrou algum defeito? Preencheu a Comunicação de Defeito?
Limpeza A bancada está limpa?
Equipamentos com defeito devem ser deixados na própria bancada. Cabos, cabinhos e outros acessórios
com defeito devem ser entregues ao professor, juntamente com a Comunicação de Defeito.
Entregue o relatório feito em sala e o seu pré-relatório
Dicas e respostas para alguns exercícios
•
•
•
•
Exercício 1 VOUT máximo = +6 V. Portanto R1 + R2 > 3 kΩ ⇒ R1 > 1,5 kΩ e R2 = R1
Exercício 4 Se VIN = 4 V, VOUT satura em +6 V. Calcule a tensão V− (ponto X) admitindo I1 = I2. Determine VERR,
lembrando que V+ = VIN.
Exercício 5 R2 > 1 kΩ e R2 = 2R1
Exercício 7 Se VIN = 4 V, VOUT satura em –6 V. Calcule a tensão V− (ponto X ) admitindo I1 = I2.
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TL081
TL081A - TL081B
GENERAL PURPOSE J-FET
SINGLE OPERATIONAL AMPLIFIERS
■ WIDE COMMON-MODE (UP TO VCC+) AND
DIFFERENTIAL VOLTAGE RANGE
■ LOW INPUT BIAS AND OFFSET CURRENT
■ OUTPUT SHORT-CIRCUIT PROTECTION
■ HIGH INPUT IMPEDANCE J–FET INPUT
N
DIP8
(Plastic Package)
STAGE
■ INTERNAL FREQUENCY COMPENSATION
■ LATCH UP FREE OPERATION
■ HIGH SLEW RATE : 16V/µs (typ)
D
SO8
(Plastic Micropackage)
DESCRIPTION
The TL081, TL081A and TL081B are high speed
J–FET input single operational amplifiers incorporating well matched, high voltage J–FET and bipolar transistors in a monolithic integrated circuit.
The devices feature high slew rates, low input bias
and offset currents, and low offset voltage temperature coefficient.
ORDER CODE
Package
Part Number
Temperature Range
TL081M/AM/BM
-55°C, +125°C
TL081I/AI/BI
-40°C, +105°C
TL081C/AC/BC
0°C, +70°C
Example : TL081CD, TL081IN
N
D
•
•
•
•
•
•
N = Dual in Line Package (DIP)
D = Small Outline Package (SO) - also available in Tape & Reel (DT)
PIN CONNECTIONS (top view)
12345678-
April 2001
Offset null 1
Inverting input
Non-inverting input
VCCOffset null 2
Output
VCC+
N.C.
1/10
TL081 - TL081A - TL081B
SCHEMATIC DIAGRAM
V CC
Non-inverting
input
Inverting
input
100 Ω
200 Ω
Output
100 Ω
30k
8.2k
1.3k
1.3k
35k
35k
100 Ω
V CC
Offset Null1
Offset Null2
INPUT OFFSET VOLTAGE NULL CIRCUIT
TL081
N2
N1
100k Ω
V CC
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol
VCC
Vi
Parameter
Supply voltage - note
Input Voltage - note
TL081M, AM, BM
1)
2)
Vid
Differential Input Voltage - note
Ptot
Power Dissipation
3)
Output Short-circuit Duration - note
4)
Toper
Operating Free-air Temperature Range
Tstg
Storage Temperature Range
1.
2.
3.
4.
2/10
TL081I, AI, BI
TL081C, AC, BC
Unit
±18
V
±15
V
±30
V
680
mW
Infinite
-55 to +125
-40 to +105
-65 to +150
0 to +70
°C
°C
All voltage values, except differential voltage, are with respect to the zero reference level (ground) of the supply voltages where the zero reference
level is the midpoint between VCC + and VCC -.
The magnitude of the input voltage must never exceed the magnitude of the supply voltage or 15 volts, whichever is less.
Differential voltages are the non-inverting input terminal with respect to the inverting input terminal.
The output may be shorted to ground or to either supply. Temperature and/or supply voltages must be limited to ensure that the dissipation rating
is not exceeded
TL081 - TL081A - TL081B
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
VCC = ±15V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified)
Symbol
TL081I,M,AC,AI,AM,
BC,BI,BM
Parameter
Min.
Input Offset Voltage (Rs = 50Ω)
Tamb = +25°C
Vio
DVio
Input Offset Voltage Drift
Input Offset Current - note
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
Iib
Input Bias Current -note 1
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
Max.
3
3
1
10
6
3
13
7
5
Unit
Min.
Typ.
Max.
3
10
mV
TL081
TL081A
TL081B
TL081
TL081A
TL081B
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
Iio
Typ.
TL081C
13
10
5
100
4
5
100
10
20
200
20
20
400
20
Large Signal Voltage Gain (RL = 2kΩ, Vo = ±10V)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
50
25
200
25
15
200
SVR
Supply Voltage Rejection Ratio (RS = 50Ω)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
80
80
86
70
70
86
ICC
Supply Current, no load
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
Vicm
Input Common Mode Voltage Range
CMR
±Vopp
SR
V/mV
dB
mA
1.4
2.5
2.5
1.4
±11
+15
-12
±11
+15
-12
Common Mode Rejection Ratio (RS = 50Ω)
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
80
80
86
70
70
86
Output Short-circuit Current
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
10
10
40
10
10
40
RL = 2kΩ
RL = 10kΩ
RL = 2kΩ
RL = 10kΩ
10
12
10
12
12
13.5
10
12
10
12
12
13.5
Slew Rate (Tamb = +25°C)
Vin = 10V, RL = 2kΩ, CL = 100pF, unity gain
8
16
8
16
Output Voltage Swing
Tamb = +25°C
Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax
V
mA
60
60
60
60
V
V/µs
µs
Rise Time (Tamb = +25°C)
Vin = 20mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF, unity gain
0.1
0.1
Kov
Overshoot (Tamb = +25°C)
Vin = 20mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF, unity gain
10
10
GBP
Gain Bandwidth Product (Tamb = +25°C)
Vin = 10mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF, f= 100kHz
Input Resistance
2.5
2.5
dB
tr
Ri
pA
nA
nA
Avd
Ios
µV/°C
10
1)
%
MHz
2.5
4
1012
2.5
4
1012
Ω
3/10
TL081 - TL081A - TL081B
PARAMETER MEASUREMENT INFORMATION
Figure 1 : Voltage Follower
Figure 2 : Gain-of-10 Inverting Amplifier
10k Ω
1k Ω
-
eI
eo
TL081
RL
TYPICAL APPLICATIONS
(0.5Hz) SQUARE WAVE OSCILLATOR
R F = 1 0 0k Ω
3.3k Ω
+15V
TL0 81
1k Ω
C F= 3.3 µF
-15V
3.3k Ω
f osc=
HIGH Q NOTCH FILTER
8/10
1
2 x R F CF
9.1k Ω
C L = 100pF