DEPARTMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY
CAMBRIDGE, MASSACHUSETTS 02139
6.301 Circuitos de Estado Sólido
Período letivo primavera 2003
Lab 3
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Emitido: 25 de abril de 2003
Entrega: Sexta, 9 de maio de 2003
O trabalho deve ser feito individualmente, porém consultas com o corpo docente do
curso 6.301 são incentivadas.
São exigidas verificações computacionais e experimentais do projeto.
Leia este aviso completamente e esteja certo ler tudo que estiver escrito no quadronegro no laboratório.
Introdução:
Os amplificadores operacionais são caracterizados por entradas diferenciais de alta
impedância, saídas de única terminação com impedância baixa e ganho elevado e são
extremamente úteis para suprir blocos de propósito-geral na implementação de
circuitos analógicos podendo ser usados em alguns milhares de aplicações. Para esta
tarefa, você deve projetar, construir e testar uma topologia operacional simplificada
do amplificador.
Projeto:
Usando uma abordagem conservativa, projete um amplificador operacional de
acordo com as seguintes especificações:
Ganho em malha aberta A ≥ 20.000
Ganho unitário em freqüência fc ≥ 100 kHz
Variação da saída: não especificado
Tensões da fonte ±15 V
Faixa de transistores1 CA3086/LM3086
Estas são especificações mínimas e você deve achar fácil projetar um circuito que
exceda algumas ou todas estas exigências de desempenho. Há muitas soluções
aceitáveis para este problema de projeto, por isso, sinta livre para usar a topologia
que quiser (assegure-se que a primeira página do relatório contenha um diagrama
com todas as partes indicadas claramente). Para ajudar a pensar, segue um
exemplo de uma topologia clássica com quatro transistores, que pode satisfazer as
Gostaríamos de limitá-lo a uma disposição (cinco transistores), entretanto, já que a carcaça
(pino 13) do CA3086 DEVE ser ligada a -15V, você pode não ter bastante flexibilidade
para usar todos os cinco transistores em um chip no circuito. Assim, você pode usar um ou
dois chips para fazer o circuito com cinco transistores (lembre-se que não existe
coincidência de transistores sobre os diferentes chips). Se você deseja explorar um projeto
mais complicado com mais transistores, discuta primeiramente suas idéias com o TA.
1
especificações:
1. Entrada diferencial baseada em par diferencial
2. Um estágio emissor comum com ganho
3. Um estágio de saída seguidor de emissor
Trabalhe com um projeto preliminar baseado nos números típicos das folhas de dados
do componente e convença a si mesmo que compreende a topologia e somente então
vá ao laboratório e use Curve Tracer para medir β0, ro, e rµ dos transistores.
Pedimos que meça os dispositivos em diversos pontos de operação de tal forma que
possa verificar se existe consistência nos dados ; através do uso destas medidas
complete o projeto. Faça uma analise do circuito a mão, fazendo aproximações
razoáveis.
O projeto deve internamente ser compensado para um ganho em freqüência unitário
de 100 quilohertz, para isto, é necessário calcular a resistência da constante de tempo
em circuito aberto para um capacitor de compensação (que provavelmente irá para o
segundo estágio, como no µA741).
Trabalho do Laboratório:
Construa o seu projeto e faça todas as medidas requeridas: ponto de operação, ganho
em malha aberta, ganho unitário em freqüência, etc.. Meça todos os valores dos
componentes e faça um gráfico do ganho em malha aberta versus a freqüência de 1
hertz a 1MHz, depois meça o tempo de subida da resposta ao degrau e a máxima taxa
de variação da tensão de saída para topologias em malha fechada com ganho de
100,10, e unitário.
É improvável que o circuito trabalhe sem compensação ou em malha aberta, assim
você deve calcular o capacitor de compensação correto e incluí-lo na primeira vez
que construir o circuito. Você não tem que ativar o operacional em circuito aberto
para fazer as medidas em malha-aberta.e sim dividir a amplitude de saída pela
amplitude de entrada (minúscula) nos terminais da entrada em alguma topologia de
malha fechada. Assegure-se de verificar se ao longo de todo o circuito existem
oscilações com um osciloscópio antes de realizar as medidas do ponto de operação.