O Amplificador Operacional

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – UFCG

CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMATICA

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DISCIPLINA: LABORATORIO DE ELETRONICA

PROFESSOR: Gutemberg

ALUNO:

TURMA:

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO I

- Amplificador Operacional

- Objetivos:

Este relatório tem por objetivo de analisar e compreender o amplificador operacional em laboratório, e também, verificar analises teóricas estudadas em sala. Serão analisadas as situações em que o amplificador operacional irá ser utilizado como comparador de tensão, amplificador de sinais, operador de funções matemáticas básicas, entre outras funções deste dispositivo magnifico.

- Material Utilizado:

• Ampop – TL084;
• Protoboard;
• Fios para ligação;
• Fontes de tensão;
• Osciloscópio;
• Resistores;
• Capacitores;
• Gerador de sinais.

- Amplificador Operacional:

O amplificador operacional tem como base principal função amplificar tensões, mas este dispositivo foi projetado inicialmente para realizar funções matemáticas utilizando a tenção como analogia, por isso o termo Operacional. A seguir estudaremos alguns circuitos que pode ser implementado com este dispositivo, da grande possibilidade existente.

- Circuito Comparador de Tensão:

O circuito comparador de tensão, como o próprio nome diz, serve para comparar tensões aplicadas diretamente nas entradas do amplificador operacional; quando uma tensão aplicada na entrada não inversora for maior que a tensão aplicada na entrada inversora, a saída “satura para cima”, e quando for menor “satura para baixo”. Considere o circuito abaixo:

                              [pic 1]

Este circuito vai comparar a tensão Vi com o GND, desta forma quando    Vi>GND, irá saturar para cima, de forma que o LED D1 deverá acender, e quando Vi

Vtrans. = 0.7 V

Vd1 = 2.843 V (LED Azul)

Vd2 = 1.834 V (LED Vermelho)

Vd3 = 2.018 V (LED Verde)

Depois montamos o circuito abaixo:

[pic 2]

Comparador de tensão com zero.

Aplicou-se um sinal senoidal na entrada e observamos sua saída no osciloscópio:

[pic 3]

Como o sinal senoidal varia a sua tensão de pico de +Vp a –Vp, o comparador de tensão irá comparar com a tensão de referência (zero volts) e se for maior irá saturar para cima, caso contrário irá saturar para baixo.

- PWM:

PWM (Pulse Width Modulation ), modulação por largura de pulso, consiste em uma onda quadrada cuja largura do pulso é variável de acordo com a amplitude do sinal modulador. O PWM nada mais é do que uma aplicação direta do Circuito Comparador de Tensão. Considere o circuito abaixo:

                    [pic 4]

Dessa forma quando a tensão Vi em algum momento no tempo for maior que a tensão na portadora, irá saturar para cima, da mesma forma quando forma quando for menor, irá saturar para baixo. Neste mesmo circuito poderíamos substituir o potenciômetro por algum sensor de grandezas físicas, por exemplo, se substituirmos o potenciômetro por um LDR teremos um PWM proporcional a Luz ou Claridade do local no qual o circuito está inserido. Podemos observar o fenômeno na figura abaixo:

[pic 5]

Inserindo um circuito RC na saida do circuito PWM da questão anterior com amplitude 10V frequencia de 10kHz, R = 10kΩ e C = 100nF.O circuito RC funciona como um integrador,neste a saída do circuito PWM está sendo integrada como podemos ver na figura abaixo:

[pic 6]

- Circuito Integrador Passivo:

O Circuito Integrador Passivo realiza a operação matemática de integração, extremamente necessária em muitos sistemas eletrônicos. Tal circuito é dito passivo pelo fato de o circuito integrador não ser alimentado por nenhum tipo de fonte externa, tal circuito depende somente dos elementos que o compõe e altamente especifico, só serve para situações bem especificas no qual você conhece muito bem o sinal a ser integrado. Considere o circuito abaixo:

                                                      [pic 7]

A partir deste circuito podemos determinar a função de transferencia:

[pic 8]

[pic 9]

Fazendo a seguinte restrinção no qual, RCs >> 1, a equação se reduz a:

[pic 10]

No dominio do tempo teremos:

[pic 11]

Da restrinção podemos escrever:

[pic 12]

[pic 13]

Daí, para uma situação especifica poderemos calcular R, C ou w.

Aplicamos uma onda quadrada na entrada com frequência de 10KHz e na saída foi obtido conforme esperado a sua integral,ou seja, uma onda triangular.

[pic 14]

- Amplificador Inversor:

Amplificadores são circuitos destinados a amplifcar tensões aplicadas na entrada de tal. O Amplificador Inversor em particular, além de amplificar a tensão na entrada, ele ainda inverte a fase da tensão/sinal aplicado, por isso o termo inversor. Considere o circuito abaixo com Rf = 100k e Rs = 4k7:

                       [pic 15]

   

A partir da equação acima, foi calculado o valor teórico do circuito, e depois comparado com o valor medido:

[pic 16]

[pic 17]

Podemos ainda trocar o resistor Rf por um potenciômetro e assim obter um amplificador com ganho variável, moldando a tensão de saída a minha escolha. Com um sinal de amplitude 300mV e frequência de 1kHz, observemos o circuito em funcionamento na figura abaixo: