Amplificadores Operacionas

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Os amplificadores operacionais (amp ops) podem ser usados em duas configurações básicas: a inversora (figura 1) e a não-inversora (figura 2). Elas apresentam esse nomes porque a fase da saída da inversora é defasada de 180° do sinal de entrada, já na não-inversora os dois sinais possuem a  mesma fase.

[pic 1]                                        [pic 2]

Figura 1                                                Figura 2

Considerando o amp op como ideal temos que para a configuração inversora o ganho é dado por: A = -R2/R1, já para a configuração não-inversora o ganho é dado por: A = R2/R1, no entanto o ganho do amp op varia com a freqüência, assim é definida como freqüência de corte (fc) a freqüência em que o ganho é igual a: [pic 3], onde A0 é o ganho ideal, também é definido o produto ganho faixa de passagem (GB) que é numericamente igual à freqüência de ganho unitário (ft) que é dada por ft = fc/(1+R2/R1).

Na operação do amp op as expressões dadas anteriormente para o ganho são válidas somente para pequenos sinais na entrada, se o sinal presente na entrada exigir uma alta taxa de variação da saída em um curto espaço de tempo ocorrerá uma distorção no sinal da saída, pois esse terá sua variação limitada pelo slew-rate (SR), o SR é dado em V/µs.

Montagem 1 – Configuração inversora

[pic 4]

O ganho esperado é de -100 V/V

Foram usados dois amplificadores: TL 084 e LM 324, para o TL 084 o produto ganho faixa de passagem presente no manual é de 4 MHz e para o LM 324 é de 1 MHz, com relação ao slew-rate o valor esperado para o TL 084 é de 16 V/µs e para o LM 324 é de 0,3 V/µs.

- Simulação Digital

TL 084

A = -100

GB = 3,43 MHz

SR = 9,5 V/ µs

LM 324

A = -100

GB = 0,81 MHz

SR = 0,38 V/ µs

- Valores Experimentais

TL 084

A = -100

GB = 3,55 MHz

SR = 10,5 V/ µs

LM 324

A = -100

GB = 0,97 MHz

SR = 0,40 V/ µs

Montagem 2 – Configuração não-inversora

[pic 5]

Para essa configuração o ganho teórico é de 101 V/V. No experimento foi encontrado o valor bem próximo de 100 V/V.

- Simulação Digital

TL 084

A = 101

GB = 4 MHz

SR = 8,9 V/ µs

LM 324

A = 101

GB = 0,81 MHz

SR = 0,38 V/ µs

- Valores Experimentais

TL 084

A = 100

GB = 4,50 MHz

SR = 10,00 V/µs

LM 324

A = 100

GB = 1,01 MHz

SR = 0,49 V/µs

Montagem 3

[pic 6]

O sinal obtido foi uma superposição dos sinais AC e DC amplificados.

O ganho teórico pode ser obtido usando o princípio da superposição assim para vcc=0V, teremos uma configuração inversora com ganho AAC=100k/10k=10, muito próximo do obtido que foi 9,5, do mesmo modo para vca=0V teremos um ganho DC de ADC=100k/27k=3,7, que também é próximo do obtido experimentalmente que foi igual a 4.

- Simulação Digital

AAC = -10                ADC = -3,7

- Valores Experimentais

AAC = -9,5                ADC = -4

Montagem 4

[pic 7]                        [pic 8]

Não – Inversora                                Inversora

Para as duas configurações as tensões de saturação foram de ± 11,2 V e o slew-rate foi de 7,5 V/µs

- Simulação Digital

TL 084

Não - Inversora

VS = ± 10,50 V

SR = 5,5 V/µs

Inversora

VS = ± 10,50 V

SR = 5,5 V/µs

LM 324

Não - Inversora

VS = ± 10,50 V

SR = 0,53 V/µs

Inversora

VS = ± 10,50 V

SR = 0,53 V/µs

- Valores Experimentais

TL 084

Não - Inversora

VS = ± 11,2 V

...