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Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 04 - 1 Experiência 04 – Circuitos de Funções Algébricas 1 OBJETIVO • Verificar o comportamento de amplificadores operacionais (Amp-Op) sendo acionado pelas suas duas entradas, utilizado na implementação de funções algébricas. • Avaliar o comportamento de um circuito amplificador inversor/não-inversor de ganho unitário. • Estabelecer experimentalmente a equação de um circuito somador e de um somador/subtrator comparando com o desenvolvimento teórico. 2 RESUMO TEÓRICO Quando um sinal de entrada aciona as duas entradas de um amplificador operacional, temos a amplificação inversora e a não inversor ao mesmo tempo. Isso produz resultados interessantes porque a saída é a superposição de dois sinais amplificados. Uma configuração interessante que se pode construir com um amplificador operacional é o circuito amplificador inversor / não-inversor, também conhecido como circuito módulo mostrado a seguir. Este caso, o ganho de tensão pode ser variado entre -1 < AV < 1 e sua principal aplicação é na implementação de amplificadores de módulo em estágio de entrada de osciloscópios. Outra classe de circuitos que se pode construir com os amplificadores operacionais e utilizados largamente na implementacão de funções matemáticas na computação analógica são os somadores e os somadores/subtratores ou circuitos algébricos. Data: ____/____/____ Bancada: ________ Nome: ________________________________ Nome: ________________________________ Nome: ________________________________ Nome: ________________________________ Nome: ________________________________ Nome: ________________________________ Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 04 - 2 Quando o sinal é aplicado apenas na entrada inversora do amplificador operacional temos o circuito somador mostrado a seguir onde a tensão em sua saída dada por: Ou seja, a saída será o inverso do resultado da soma ponderada das entradas. Aplicando-se o sinal das duas entradas do amplificador operacional, temos uma generalização do circuito anterior, conhecido como circuito somador/subtrator ou circuito algébrico, mostrado na figura a seguir, cuja tensão na saída será dada por: 3 PARTE PRÁTICA 3.1 Equipamentos a) Multímetro Digital b) Gerador de Funções c) Osciloscópio d) ProtoBoard e) Resistores 100 Ω (2), 2,2 kΩ, 10 kΩ (2), 15 kΩ, 22 kΩ (4), 33 kΩ e 47 kΩ (2) (todos de ¼ W) f) Potenciômetro 1,0 kΩ g) Amplificador Operacional 741 3.2 Circuito amplificador inversor / não-inversor 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. +++⋅−= 4 4 3 3 2 2 1 1 R v R v R v R vRA FV ( )3 4 1 2 FV S RA v v v v R = + − − ⋅ Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 04 - 3 Fig. 1 – Circuito do Amplificador Inversor / Não-Inversor 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 2 V de pico, freqüência de 1kHz. Esboce no primeiro gráfico da figura 2 as formas de onda da tensão de entrada vin e da tensão de saída observada em vout, quando o potenciômetro se encontra na posição 1. d) Varie o potenciômetro em direção à posição 2, observando no osciloscópio o comportamento da tensão de saída vout e) Esboçar no segundo gráfico da figura 2 as tensões de entrada vin e a tensão de saída vout quanto o potenciômetro se encontra totalmente na posição 2. 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 inversor / não inversor O que aconteceu com a tensão na saída? Em que posição do potenciômetro a tensão na saída muda de fase? Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 04 - 4 3.3 Circuito somador a) Utilizando-se do Protoboard, montar os dois circuitos mostrados na figura 3. O segundo circuito irá gerar as tensões vA e vB que serão utilizadas para ensaiar o circuito somador (segundo circuito) Fig. 3 – Circuito do Amplificador Somador e do gerador de tensões b) Ligue o circuito, utilizando-se do ajuste anterior das tensões de alimentação VCC e VEE para +12V e ̵ 12V. c) Meça com um multímetro digital e anote as tensões vA e vB. vA = ______________ Volts vB = ______________ Volts d) Utilizando-se das tensões vA e vB, ensaie o circuito e preencha a tabela da figura 4. v1 v2 v3 v4 vS (medido) vS (teórico) 1 vA 0 0 0 2 0 vB 0 0 3 0 0 vA 0 4 0 0 0 vB 5 vB vA vB vA 6 vA vB vA vB Fig. 4 – Valores medidos e valores teóricos do amplificador somador Os valores obtidos na prática são próximos aos valores teóricos calculados? Por quê? Engenharia Elétrica Laboratório de Eletrônica Aplicada Exp 04 - 5 3.4 Circuito subtrator a) Utilizando-se do Protoboard, montar o primeiro circuito mostrado na figura 5. O segundo circuito que as tensões vA e vB que serão utilizadas para ensaiar o circuito subtrator é idêntico ao experimento anterior e deverá ser aproveitado, assim como as medidas de tensão. Fig. 5 – Circuito do Amplificador Subtrator e do gerador de tensões b) Ligue o circuito, utilizando-se do ajuste anterior das tensões de alimentação VCC e VEE para +12V e ̵ 12V. c) Utilizando-se das tensões vA e vB medidas no experimento anterior, ensaie o circuito e preencha a tabela da figura 6. v1 v2 v3 v4 vS (medido) vS (teórico) 1 vA 0 0 0 2 0 vB 0 0 3 0 0 vA 0 4 0 0 0 vB 5 vB vA vB vA 6 vA vB vA vB Fig. 6 – Valores medidos e valores teóricos do amplificador subtrator. Os valores obtidos na prática são próximos aos valores teóricos calculados? Por quê?
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