2ELE018 – Laboratório de Instrumentação Eletrônica Prof

2ELE018 – Laboratório de Instrumentação Eletrônica
Prof. Leonimer Flávio de Melo
Laboratório 04 - Experiências de circuitos com amplificador operacional utilizados
em instrumentação – Parte II.
Circuito 1: Somador
Circuito 2: Amplificador não-inversor CA
Objetivos: verificar o funcionamento do circuito
somador de duas entradas.
Objetivos:
Comprovar
o
amplificador não-inversor CA.
Procedimento:
1. Montar e energizar o circuito da Figura 1.
2. Preencher a Tabela I.
4
5
Vi
Rf
150 K
V1
-15V
R3
10K
2
3
R4
270
U6
+15V
Figura 1 – Somador de duas entradas
Rf = 150 K
R1
R2
15 K
33 K
47 K
15 K
47 K
33 K
Entradas
V1
V2
C1
Vo
6
U7
0.1 uF
Figura 2 – Amplificador CA não inversor.
6
7
1
R7
330
LM741
+15V
LM741
+
V2
4
5
R2
V2
R9
10K
R
10K
R3
15K
-
V1
3
0.1 uF
-15V
R6
15K
2
C2
7
1
R1
-15V
-15V
+
+15V
do
R8
100K
-
Questões:
1. Escreva a equação da tensão de saída Vo
em função dos resistores de entrada R1 e
R2.
2. Explique o motivo de possíveis divergências
entre Vo Lido e Vo calculado.
R5
10K
funcionamento
Saídas
Vo Lido
Vo Calc
Procedimentos:
1. Montar e energizar o circuito da Figura 2.
2. Ajustar o gerador de funções para fornecer
uma tensão senoidal de 1 KHz e 500 mV de
pico. Aplicar essa tensão na entrada.
3. Medir a tensão na entrada e na saída.
4. Observe o que acontece quando o resistor
R é retirado do circuito.
Questões:
1. Compare o ganho teórico com o ganho
prático.
Amplificadores Operacionais
1
Circuito 3: Circuito Integrador
Circuito 4: Circuito Derivador
Objetivos: comprovar o funcionamento do integrador
prático para um variação de três décadas na
freqüência do sinal de entrada.
Objetivos: Comprovar o funcionamento do derivador
prático.
C1
0.1 uF
R1
100 K
Rf
1M
-15V
4
5
-15V
7
1
3
LM741
R1
10 K
C1
0.01 uF
Rf
100 K
-15V
4
5
-15V
R2
9,1 K
2
3
P3
10K
LM741
Vo
6
7
1
U9
+15V
Figura 4 – Circuito Derivador
Procedimento:
1. Montar e energizar o circuito da Figura 4.
Utilizar inicialmente C1 = 100pF e R2 =
8,2KΩ.
2. Ajustar o gerador de funções para fornecer
um onda triangular com amplitude de 500
mV e freqüência de 100 Hz.
3. Conectar o sinal na entrada do circuito e
monitorar a entrada e a saída com o
osciloscópio.
4. Observar e esboçar as formas de onda.
5. Ajustar a freqüência do gerador para 1 KHz
e a amplitude para 200 mV.
6. Observar e esboçar as formas de onda.
7. Ajustar a freqüência do gerador para 10 KHz
e a amplitude para 200 mV.
8. Observar e esboçar as formas de onda.
9. Repetir o experimento para C1 = 1nF, 10nF
e 100nF.
10. Comparar as formas de ondas com os
resultados anteriores.
Questões:
1. Com base nas formas de onda observadas,
tirar conclusões sobre o funcionamento do
circuito derivador prático.
6
+
P1
10K
-
2
P2
10K
Vo
+
Questões:
1. Explique as ondas obtidas pelos itens 6, 8 e
10 dos procedimentos.
C5
0.1 uF
-
Procedimentos:
1. Montar e energizar o circuito da Figura 3.
Utilizar inicialmente C1 = 1nF.
2. Ajustar o gerador de funções para um onda
quadrada de 100 Hz e 500 mV de pico.
3. Depois de ajustado o off-set através do
potenciômetro P2, retire o sinal de terra do
resistor R1 e aplice o sinal do gerador na
entrada de R1(entrada do circuito).
4. Monitorar a entrada e saída com o
osciloscópio.
5. Ajustar o offset de equalização através do
potenciômetro P1, se necessário.
6. Esboce as formas de onda da entrada e da
saída para análise posterior.
7. Ajustar o gerador de funções para um onda
quadrada de 1 KHz e 500 mV de pico.
8. Esboce as formas de onda da entrada e da
saída para análise posterior.
9. Ajustar o gerador de funções para um onda
quadrada de 1 KHz e 500 mV de pico.
10. Esboce as formas de onda da entrada e da
saída para análise posterior.
11. Repetir o experimento para C1 = 10nF e
100nF.
12. Comparar as formas de ondas com os
resultados anteriores.
U8
+15V
Circuito 5: comparador inversor
+15V
Figura 3 – Circuito integrador prático.
Objetivos: comprovar o funcionamento do circuito
comparador simples como detector de passagem por
zero.
Verificar a limitação de tensão de saída através do
diodo zener.
-15V
4
5
R1
10K
7
1
3
LM741
6
Vo
+
2
-
Vi
U10
+15V
Amplificadores Operacionais
2
Figura 5 – comparador inversor (a)
Dz1
Circuito 6: comparador inversor regenerativo
(Schimitt Trigger)
Dz2
Objetivos:
Comprovar
o
funcionamento
do
comparador regenerativo (ou disparador de Schimitt)
do tipo inversor.
Comprovar o efeito de histerese no comparador
regenerativo.
-15V
4
5
Dz1
Vo
6
+15V
R1
10K
Vi
2
Figura 5 – comparador inversor (b)
3
7
1
Procedimentos e questões:
1. Montar e energizar o circuito da Figura 5(a).
2. Ajustar o gerador de funções para fornecer
um sinal senoidal de 2V de pico e
freqüência de 500 Hz.
3. Conectar o canal 1 do osciloscópio à
entrada do circuito e o canal 2 à saída do
mesmo.
4. Aplicar o sinal senoidal na entrada do
circuito. Observar e esboçar as formas de
onda de entrada e de saída na mesma base
de tempo.
5. Anotar os valores das tensões de pico
negativo e positivo na saída do circuito.
6. Com base nas formas de onda observadas,
explique por que esse circuito também é
conhecido como detector de passagem por
zero.
7. Aumentar, gradativamente, a freqüência do
sinal, até atingir 10 KHz. Observar e
esboçar as formas de onda de entrada e de
saída nessa freqüência (10 KHz).
8. Explicar a causa da distorção observada e
dizer como podemos eliminá-la.
9. Montar e energizar o circuito da Figura 5(b).
10. Repetir os procedimentos 2,3,4 e 5.
11. Com base nas formas de onda observadas,
explicar o que ocorreu com o nível de
tensão de saída do circuito.
12. Aumentar gradativamente, a freqüência do
sinal, até atingir 10 KHz. Observar e
esboçar as formas de onda de entrada e
saída nessa freqüência.
13. Explicar por que a distorção apresentada
por esse circuito foi pior que a do circuito
anterior.
14. O que ocorre se um dos diodos da Figura
5(b) entrar em curto?
15. Quais alterações poderão ocorrer no
comportamento do circuito caso os diodos
zener sejam ligados cátodo-contra-cátodo?
4
5
7
1
-15V
U11
LM741
Vo
6
+
3
Dz1
LM741
+
2
-
R1
10K
-
Vi
U12
R2
480K
+15V
R3
180K
Figura 26– comparador inversor regenativos
Procedimentos e questões:
1. Montar o circuito da Figura 6 com a malha
de realimentação negativa aberta (sem os
diodos). Utilizar R2 = 470KΩ. Energizar o
circuito.
2. Ajustar o gerador de funções para fornecer
um sinal senoidal de 300 Hz e 5V de pico.
Aplicar esse sinal na entrada do circuito.
3. Conectar o canal 1 do osciloscópio à
entrada do circuito e o canal 2 a saída do
circuito.
4. Medir os valores das tensões de pico
(positiva e negativa) de saída e esboçar as
formas de onda de entrada e de saída.
Justificar os valores encontrados.
5. Medir as tensões de pico (positiva e
negativa) do sinal de saída. Esboçar o
gráfico de histerese do circuito.
6. Aumentar, gradativamente, a freqüência do
sinal de entrada para 5 KHz e observar o
que acontece com a tensão de saída
(manter a amplitude do sinal em 5V pico).
7. Colocar os diodos na malha de
realimentação.
8. Repetir os procedimentos 2,3,4,5 e 6
Amplificadores Operacionais
3