Instituto Superior Técnico
Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Área de Electrónica
O amplificador operacional
Parte 1: amplificador inversor não inversor
Trabalho de Laboratório
Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica
Licenciatura em Engenharia de Redes de Comunicação e Informação (LERCI)
Helena Sarmento
1º semestre 2005/2006
Introdução
O amplificador operacional (ampop ou opamp do inglês) é um circuito integrado utilizado em
variadas aplicações. Foi inicialmente utilizado em computação analógica para realizar
diferentes tipos de operações tais como, inversão, soma, subtracção, integração,
diferenciação, etc., sendo essa a origem da sua designação (operacional). Tem umas
características que o aproximam do amplificador operacional ideal: resistência de entrada
elevada (∞), resistência de saída baixa (0) e ganho elevado (∞).
O circuito integrado é constituído por vários componentes entre os quais transístores e
resistências. No entanto, nesta fase de estudo, será apenas analisado como um bloco de
utilizado em circuitos de amplificação.
Objectivos
Este trabalho permitirá compreender o funcionamento exterior de um amplificador
operacional, bem como algumas das limitações que apresenta face a um amplificador ideal.
Serão comparados resultados experimentais com análises teóricas e/ou simulações eléctricas
de circuitos.
Material
Módulo Operacional Amplifier DL 3155M16, da De Lorenzo Group, gerador de sinais e
osciloscópio.
Relatório
O trabalho deve ser preparado antes da sua realização no laboratório, efectuando análises
teóricas e a simulações, que devem ser incluídas no relatório. Os resultados experimentais
devem ser comparados com a análise teórica e com os resultados da simulação.
Plano de trabalhos
Amplificador inversor
1 Análise teórica: Desenhe uma montagem inversora, com base num amplificador
operacional. Admitindo o Ampop ideal, analise o circuito com base nas técnicas de
análise que conhece, de modo a determinar a expressão do ganho vO / v S .
2 Simulação: Utilizando o Pspice (ambiente ORCAD), simule o comportamento eléctrico
da montagem inversora com a resistência de entrada de 10 kΩ e a de realimentação
de 100 kΩ. Utilize para o amplificador operacional o componente de biblioteca,
ua741/EVAL (ligue apenas os terminais 2,3,4,6,7).
i) Efectue uma análise transitória (transient analysis), aplicando uma onda sinusoidal
na entrada (VSIN) com uma amplitude de 1Vpp (Volt pico a pico) e frequência de
1kHz. Obtenha as formas de onda na entrada e na saída, admitindo que o
amplificador está polarizado com tensões de:
(1) +10 V e – 10V
(2) +15 V e –15 V.
Helena Sarmento
1º semestre 2005/2006
Analisando os gráficos de (1), mostre que o ganho tem inversão de fase e que o
valor do seu módulo é 10.
ii) Efectue uma análise AC (entre 0,01 Hz e 100 MHz), e obtenha o gráfico do módulo
e da fase em décadas. Mostre no gráfico que há inversão de fase e que o ganho é
de 20 dB (decibel).
3 Parte experimental:
2
S
1
R1
R3
R2
R4
S
2
G
+15 V
1
4
6
5
3
+
- 15 V
Figura 1 – Diagrama na placa: montagem inversora
i) Com base na tabela de código de cores das resistências (em anexo) indique o
valor das resistências R1, R2, R3, R4 e R5 do módulo.
ii) Ligue as tensões DC (+15 V, -15 V e 0 V) ao módulo DL 3155M16.
iii) Aplique um sinal sinusoidal na entrada (G) com f = 1 kHz e Vpp = 1V.
iv) Ligue o sinal de entrada ao osciloscópio.
v) Ligue o sinal de saída ao osciloscópio.
vi) Com base nos interruptores monte uma montagem inversora fazendo Ri =
10kΩ 1e Rf = 10kΩ. Desenhe as formas de onda na entrada e na saída. Determine
o valor do ganho. Compare com o valor obtido na análise teórica.
vii) Altere os interruptores de modo a ter diferentes valores para Ri e Rf e determine o
valor do ganho.
Ri
Rf
R2
R2
R1
R4
R3
R4
vO / v S
Compare com os valores obtido na análise teórica.
viii) Mantenha Ri = 10 kΩ 1e Rf = 100 kΩ e o sinal sinusoidal na entrada de 1 kHz.
Aumente a amplitude do sinal de entrada. Determine as tensões de saturação.
ix) Mantenha os valores de Ri e Rf e o sinal sinusoidal na entrada de 1 kHz. Mude as
tensões DC de polarização do ampop para +10 V, -10 V. Determine as tensões de
saturação.
x) Comente a relação entre as tensões de saturação e a as tensões de polarização.
Helena Sarmento
1º semestre 2005/2006
Amplificador não inversor
1 Análise teórica: Desenhe uma montagem não inversora, com base num amplificador
operacional. Admitindo o Ampop ideal, analise o circuito com base nas técnicas de
análise que conhece, para determinar a expressão do ganho vO / v S .
2 Simulação: Utilizando o Pspice (ambiente ORCAD), efectue uma análise AC (entre
0,01 Hz e 100 MHz), e obtenha o gráfico do módulo e da fase em décadas. Utilize para
a resistência de realimentação 100 kΩ (Ri) e para a resistência à massa 10 kΩ (Rf).
Mostre com base nos gráficos de simulação que não há inversão de fase. Compare o
valor do módulo do ganho com o valor teóricos.
3 Parte experimental:
2
S
1
R1
R3
R2
R4
S
2
G
+ 15 V
1
4
6
5
3
+
- 15 V -
Figura 1 – Diagrama na placa: montagem não inversora
i) Ligue de novo as tensões DC de +15 V, e -15 V ao módulo DL 3155M16.
ii) Com base nos interruptores Ri = 10 kΩ 1e Rf = 100kΩ. Desenhe as formas de
onda na entrada e na saída. Determine o valor do ganho. Compare com o valor
obtido na análise teórica.
iii) Altere os interruptores de modo a ter diferentes valores para Ri e Rf e determine o
valor do ganho.
Ri
Rf
R2
R2
R1
R4
R3
R4
vO / v S
Compare com os valores obtido na análise teórica.
ANEXO – Código de cores das resistências
Helena Sarmento
1º semestre 2005/2006
Preto Castanho Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinzento Branco
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1ª risca - 1º algarismo
2ª risca - 2º algarismo
3ª risca - factor multiplicativo
4ª risca - tolerância
Tolerância
Castanho Vermelho Dourado Prateado
1
2
5
10
Resistência de precisão
1ª risca - 1º algarismo
2ª risca - 2º algarismo
3ª risca - 3º algarismo
4ª risca - factor multiplicativo
5ª risca - tolerância
6ª risca – coeficiente de temperatura
Helena Sarmento
1º semestre 2005/2006