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Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 1 Experiência 03 – Amplificador Inversor com Amp. Operacional 1 OBJETIVO • Verificar a operação do amplificador operacional (AMP-OP) em malha fechada. • Verificar experimentalmente o ganho de um amplificador inversor para sinais CC e CA, utilizando-se de multímetro digital e osciloscópio. • Verificar a redução do off-set de saída causada pela realimentação negativa. • Determinar a resposta em freqüência destes amplificadores. 2 RESUMO TEÓRICO A realimentação negativa altera as características de malha aberta do AMP-OP, e no caso da configuração de amplificador inversor, ao contrário da configuração de amplificador não-inversor vista anteriormente, deverá ser observado que a impedância de entrada dependerá exclusivamente da resistência RS, pois a impedância de entrada vista no terminal de entrada inversora do amplificador operacional será aproximadamente zero. Para esta configuração temos ainda que a impedância de saída diminui e o ganho diminui e estabiliza-se. Um amplificador operacional integrado pode ser utilizado para amplificar tensões CC e CA, e o ganho deste amplificador depende da configuração da realimentação negativa escolhida. Na presente experiência, será utilizada a configuração de amplificador inversor de tensão, que tem como ganho: S F v R RA −≅ Experimentalmente, o ganho pode ser obtido medindo-se as tensões de entrada e saída do circuito e calculando-se a relação: entrada saida v v v A = Data: ____/____/____ Bancada: ________ Nome: __________________________________________________ RA: _________________ Nome: __________________________________________________ RA: _________________ Nome: __________________________________________________ RA: _________________ Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 2 Deve ser observado que no amplificador inversor o sinal de saída está em contra-fase do sinal de entrada, ou seja, com uma defasagem de 180º. Além de alterar as características básicas de funcionamento do amplificador operacional em malha aberta, a realimentação negativa também altera o offset de saída, reduzindo-o, como também aumenta a faixa de resposta em freqüência dos amplificadores assim realimentados. 3 PARTE PRÁTICA 3.1 Equipamentos a) Fonte de Alimentação Simétrica 0-20 V b) Multímetro Digital c) Gerador de Funções d) Osciloscópio e) ProtoBoard f) Resistores 10kΩ (2), 22kΩ (2), 100kΩ (1), (todos de ¼ W) g) Capacitores Eletrolíticos 1μF x 25 Volts (2) e 100μF x 25 Volts (2) h) Amplificador Operacional 741 3.2 Determinação do Ganho de Tensão para o Amp. Inversor com acoplamento DC a) Utilizando-se do Protoboard, montar o circuito da figura 1, tomando o cuidado para não entortar demais os terminais dos componentes, para não danificá-los. Fig. 1 – Circuito do Amplificador Inversor com acoplamento DC b) Ligue o circuito e ajuste VCC e VEE para obter as tensões de alimentação +12V e ̵ 12V. c) Aplique na entrada vin um sinal senoidal de 200mV de pico, freqüência de 1kHz. Esboce na figura 2 as formas de onda da tensão de entrada e a tensão de saída observada em vout. d) Meça as tensões de entrada vin e a tensão de saída vout com um multímetro digital em escala AC e anote os resultados na tabela da figura 3. Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 3 Canal 1 – vin (entrada) – escala vertical: _____mV/div Canal 2 – vout (saída) – escala vertical: _____V/div escala horizontal (ambos): _______ ms/div Fig. 2 – Formas de onda de entrada e saída do amplificador acoplamento DC vin vout Fig. 3 – Valores de tensões de entrada e de saída do amplificador e) Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental utilizando os valores da tabela da figura 3. Ganho Teórico: _______________ Ganho Experimental: _______________ Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado? Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 4 3.3 Determinação do Ganho de Tensão para o Amplificador Não Inversor com acoplamento AC a) Modificar o circuito do experimento anterior para o circuito mostrado na figura 4. Fig. 4 – Circuito do Amplificador Não Inversor com acoplamento AC b) Ligue o circuito, utilizando-se do ajuste anterior das tensões de alimentação VCC e VEE para +12V e ̵ 12V. c) Aplique na entrada vin um sinal senoidal de 200mV de pico, freqüência de 1kHz. Esboce na figura 5 as formas de onda da tensão de entrada e a tensão de saída observada em vout. OBS: Para poder verificar a defasagem entre os dois sinais, observe os dois canais do osciloscópio ao mesmo tempo, embora em escalas diferentes devido ao ganho. Canal 1 – vin (entrada) – escala vertical: _____mV/div Canal 2 – vout (saída) – escala vertical: _____V/div escala horizontal (ambos): _______ ms/div Fig. 5 – Formas de onda de entrada e saída do amplificador com acoplamento AC Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 5 3.4 Determinação do Ganho de Tensão para o Amplificador Inversor com acoplamento AC utilizando tensão de alimentação simples a) Alterar o circuito do experimento anterior para o circuito mostrado na figura 6. b) Ligue o circuito e ajuste VCC para obter uma tensão de alimentação de +18V. Fig. 6 – Circuito do Amplificador Não Inversor com acoplamento AC e com alimentação simples c) Aplique na entrada vin um sinal senoidal de 200mV de pico, freqüência de 1kHz. Esboce na figura 7 as formas de onda da tensão de entrada e a tensão observada na saída do amplificador operacional (pino 6 do circuito integrado). OBS: Para poder representar o deslocamento DC na saída do amplificador operacional, assinale no gráfico a posição do nível de referência zero (ground). Canal 1 – vin (entrada) – escala vertical: _____mV/div Canal 2 – vout (pino 6) – escala vertical: _____V/div escala horizontal (ambos): _______ ms/div Fig. 7 – Formas de onda de entrada e saída do amplificador acoplamento AC Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 6 d) Medindo a amplitude do sinal de saída vout, diminua a frequência do sinal de entrada até que a amplitude na saída caia para um valor igual a 0,707 do valor na saída para a frequência de 1kHz. Anote o valor da frequência de corte inferior na tabela da figura 8. e) Medindo a amplitude do sinal de saída vout, aumente a frequência do sinal de entrada até que a amplitude na saída caia para um valor igual a 0,707 do valor na saída para a frequência de 1kHz. Anote o valor da frequência de corte superior na tabela da figura 8. fcinf fcsup Fig. 8 – Valores de freqüência de corte do amplificador não inversor com acoplamento AC e alimentação simples. 3.5 Determinação do Ganho de Tensão para o Amplificador Não Inversor com acoplamento DC utilizando tensão de alimentação simples a) Monte o circuito mostrado na figura 9. b) Ligue o circuito, utilizando-se do ajuste anterior da tensão de alimentação VCC para +18V. Fig. 9 – Circuito do Amplificador Não Inversor com acoplamento DC e com alimentação simples c) Aplique na entrada vin um sinal senoidal de 200mV de pico, freqüência de 1kHz. Esboce na figura 10 as formas de onda da tensão de entrada e a tensão de saída vout. OBS: Para poder representar o deslocamento DC na entrada e na saída do amplificador operacional, assinale em ambos os gráficos, a posição do nível de referência zero (ground). Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica AplicadaExp 03 - 7 Canal 1 – vin (entrada) – escala vertical: _____mV/div Canal 2 – vout (saída) – escala vertical: _____V/div escala horizontal (ambos): _______ ms/div Fig. 10 – Formas de onda de entrada e saída do amplificador acoplamento DC d) Meça as tensões de entrada vin e a tensão de saída vout com um multímetro digital em escala AC e anote os resultados na tabela da figura 11. vin vout Fig. 11 – Valores de tensões de entrada e de saída do amplificador f) Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental utilizando os valores da tabela da figura 11. Ganho Teórico: _______________ Ganho Experimental: _______________ Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado? Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 03 - 8 e) Medindo a amplitude do sinal de saída vout, diminua a frequência do sinal de entrada até que a amplitude na saída caia para um valor igual a 0,707 do valor na saída para 1kHz. Anote o valor da frequência de corte inferior na tabela da figura 8. f) Medindo a amplitude do sinal de saída vout, aumente a frequência do sinal de entrada até que a amplitude na saída caia para um valor igual a 0,707 do valor na saída para 1kHz. Anote o valor da frequência de corte superior na tabela da figura 8. fcinf fcsup Fig. 12 – Valores de freqüência de corte do amplificador não inversor com acoplamento AC e alimentação simples. Os valores das freqüências de corte inferior e superior do amplificador não inversor com acoplamento AC da tabela da figura 8 são iguais aos valores das freqüências de corte inferior e superior do amplificador não inversor com acoplamento DC da tabela da figura 12? Justifique os resultados.
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