AMPLIFICADOR OPERACIONAL com TDA2030

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Faculdade Católica do Tocantins
Engenharia Elétrica
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Dhiogo Alves Paixão
Geovane José de Moura
Lucas Rômulo Barbosa de Melo
Lucas Soares Montelo
Paula Eduarda Barbaresco e
Vinícius Morais Mesquita.
Palmas – TO
2018
Dhiogo Alves Paixão
Geovane José de Moura
Lucas Rômulo Barbosa de Melo
Lucas Soares Montelo
Paula Eduarda Barbaresco e
Vinícius Morais Mesquita.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Relatório apresentado à disciplina de Eletrônica ll como parte dos pré-requisitos para obtenção da aprovação nesta. 
Orientador: Vagner Alves da Silva.
Palmas – TO
2018
RESUMO
O amplificador operacional, também chamado de AO, é um dispositivo em circuito integrado (CI) com diversas utilidades nas áreas da eletrônica (áudio, controle, filtro, etc.). Possui dois terminais de entradas, um inverso (-) e outro não inverso (+) e sua tensão de saída é dada entre a diferença das entradas multiplicado pelo ganho. Um AO ideal contêm algumas características que o torna um componente perfeito, como resistência de entrada infinita, resistência de saída nula, ganho de tensão em malha aberta infinita, não existe fluxo de corrente nas entradas, etc. Esse amplificador permite a realização de análises, porém na prática essas condições são inexistentes. O ganho de malha em corrente contínua (CC) de um amplificador operacional real varia entre 100 mil e 1 milhão e possui algumas imperfeições, tais como ganho finito, impedância de entrada finita e de saída maior que zero e tensão de offset de entrada. Já em corrente alternada (CA), esse ganho não se aplica devido às limitações dos componentes, como a largura de banda finita. Para esse projeto foi escolhido o Tda 2030.
Palavras-chave: Amplificador, operacional, circuito, integrado.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
O projeto tem como objetivo a construção e o funcionamento de um amplificador operacional. Neste presente foi escolhido um AO de áudio utilizando o circuito integrado (CI) Tda 2030. Esse CI possui um encapsulamento Pentawat, o que possibilita sua utilização como amplificador de áudio (TONI, 2009). 
Figura 1: Exemplo de um CI da série TDA 2030. (Petervis, 2018).
O TDA 2030 conta com 5 terminais que funcionam como amplificador de áudio HI-FI e com potência de saída de 14 Watts RMS (com 14V de alimentação e carga de 4Ω), fornece uma baixa distorção e é classificado como classe AB de baixa frequência. Para seu funcionamento ideal, recomenda-se a uma alimentação entre 8V e 18V (Amplificadores, 2018). Seus cinco pinos são: pino 1 de entrada não inversa, pino 2 de entrada inversa, pino 3 de – tensão (VS), pino 4 de saída e pino 5 de +VS
Figura 2: Datasheet do TDA 2030 (Tudo, 2018).
Um dos destaques desse CI é o fato de conter circuitos de proteção extra contra temperaturas elevadas para que não haja danos permanentes ao mesmo e também contra curto circuitos, que limita a potência dissipada para mantenha seu ponto de operação dentro da faixa segura. Abaixo está uma tabela que contém suas classificações máximas em alguns quesitos, como tensão, corrente e dissipação. 
	SIGLA
	PARÂMETRO 
	VALOR
	Vs
	Tensão de alimentação
	+/- 18V
	Vi
	Diferença de potencial de entrada
	+/- 15V
	Io
	Corrente de pico de saída
	3.5A
	Tstg, Tj
	Temperatura de armazenamento e junção
	
Tabela 1: Dados do TDA2030. (Tudo, 2018).
Para funcionar como filtro e fechar a malha, dando maior segurança ao CI, o capacitor é sempre indicado. Esse dispositivo diminui a onda, deixando o mais contínuo e sem variação possível.
Figura 3: Capacitor de 1µF. (Eletrônica, 2018)
Também pode funcionar para armazenar cargas elétricas e consequente energia eletrostática ou elétrica. Os capacitores são utilizados nos mais variados tipos de circuitos elétricos, como nas máquinas fotográficas armazenando cargas para o flash, por exemplo. Eles podem ter o formato cilíndrico ou plano, dependendo do circuito ao qual ele está sendo empregado. Foram utilizados três dispositivos desses: um com capacitância de 1µF, outro de 470 µF e por fim, mais um de 2200 µF, utilizados para acoplamento, desacoplamento e fechamento de malha.
Além dos capacitores, para dar mais segurança ao circuito, os diodos também são bons dispositivos, uma vez que protegem contra correntes inversas e mantêm o sistema estabilizado. Esse dispositivo consiste basicamente em dois cristais de silício conectados entre si, que possuem características especiais que permitem a passagem de elétrons em uma direção. Quando está em polarização reversa, não há passagem de corrente. Isso acontece quando o catodo (polo negativo) está polarizado em direção ao lado positivo da fonte e o anodo (polo positivo) com o lado negativo.
No caso da polarização direta, acontece justamente o oposto: o polo positivo da fonte fica conectado ao lado positivo do diodo (anodo) e o polo negativo com a parte negativa do componente (catodo). Com isso, as cargas elétricas são capazes de atravessar a barreira de potencial (que fica entre o polo positivo e negativo do diodo), ocasionando a passagem de corrente. (Teixeira, 2016).
Graças a estes recursos, é possível eliminar todos os meios ciclos negativos ou positivos de uma corrente alternada, o que acarretaria numa danificação de alguns componentes ou, até mesmo, comprometendo todo o circuito.
Figura 4: Exemplos de diodos reais (Teixeira, 2016).
	
OBJETIVOS 
2.1 Objetivo Geral 
O presente projeto tem por finalidade o desenvolvimento de amplificador de áudio utilizando no mínimo um AO.
DESENVOLVIMENTO
Antes de colocar algo em prática, é de fundamental importância possuir o domínio da parte teórica para, assim, diminuir ao máximo (não eliminar totalmente) a quantidade de erros que podem emperrar o desenvolvimento de algum projeto. Neste presente não foi diferente. 
Para iniciar e ter embasamentos de desenvolvimento do circuito, foram feitas pesquisas para se ter uma maior noção dos esquemas que possuem por finalidade a amplificação. Como modelo, inicialmente foi adotado o modelo abaixo.
Figura 4: Circuito inicial. (Marian, 2013)
Como dito anteriormente, a parte teórica é de fundamental importância para evitar gastos desnecessários e evitar perdas de componentes eletrônicos, o circuito foi remodelado e testado no programa de simulação Protheus®.
Após alguns testes e por experiência de componentes do grupo, percebeu-se que não haveria a necessidade de utilizar 7 capacitores nem 4 resistores, pois o mesmo funcionaria com apenas 3 e 1, respectivamente.
Mesmo com todas essas simulações e testes, ocorreram “queimas” de componentes eletrônicos: um circuito integrado amplificador operacional TDA2030 e u capacitor eletrolítico de 1µf.
Figura 5: Componentes danificados. (Própria Autoria).
	
Após esses contratempos, o circuito final foi feito. Algumas alterações foram feitas nas simulações e o circuito final foi remodelado. Houve a diminuição do número de capacitores (3) e resistores (1). Mantiveram-se os números de diodos com dois destes. Abaixo está o circuito finalizado.		
Figura 6: Simulação do circuito no Proteus. (Própria autoria).
Tal como falado, o amplificador operacional possui cinco pinos. No primeiro (entrada), foi utilizado nesse caso para áudio. Nele, foi ligado um capacitor de 1uF (capacitor de acoplamento) que consiste em impedir a passagem de corrente.
No segundo pino (entrada inversa), está ligado um capacitor de 470 µF e um resistor de 10KΩ (10.000 Ω). Com isso, ocorre o fechamento de malha, para que o sinal possa ser devidamente amplificado.
O pino posterior (3) é o responsável pelo aterramento. Porém, poderia ser alimentado com uma tensão negativa para maior ganho, mas, com isso, ocorreria um risco na filtragem, que poderiam acarretar diversos problemas.
No pino 4 (saída), está ligada um capacitor de desacoplamento de 2K2µF (2200 µF), quefiltra o sinal de saída para diminuir ruídos causados pelo processo de amplificação ou por alguma fonte mal estabilizada. Quanto ao quinto e último pino, é a saída Vcc+. Os diodos foram utilizados apenas para proteção contra correntes inversas e para manter o sistema estabilizado.
Figura 7: Protótipo. (Própria autoria).
Feitas as ligações, foram feitos testes no laboratório da Faculdade Católica do Tocantins com osciloscópio e multímetro. Apesar de uma certa dificuldade inicial, foi possível verificar a amplificação da frequência de saída com relação a de entrada e também da tensão de saída com a de entrada
Figura 8: Testes feitos em laboratório (na cor amarela estão a frequência e a tensão de entrada e de verde as de saída). (Própria autoria). 
Como a figura 8 mostra, a frequência de saída (verde) possui uma maior amplitude que a de entrada e a tensão de saída possui um valor maior (2,20V0 que a de entrada (1,40V), um ganho de aproximadamente 1,6 vezes. 
Vale ressaltar que, como as frequências medidas envolvem som, as ondas dessas não são constantes, o que pode resultar em diferentes formas de onda de acordo com o tipo de música que está sendo executado, por exemplo. Para a alimentação do circuito no momento do teste, foi utilizada uma fonte com saída de 13,4V.
Figura 9: Fonte utilizada para alimentação. (Própria autoria).
Abaixo, estão listados os preços dos itens utilizados.
	Item
	Preço
	AO TDA 2030 (2)
	R$ 2,60
	Caixa de acrílico
	R$ 40,00
	Capacitor 1uF (2)
	R$ 0,60
	Capacitor 470uF
	R$ 0,30
	Capacitor 2200uF
	R$ 0,90
	Diodo Retificador
	R$ 0,17
	LED Azul
	R$ 0,21
	Placa de Cobre
	R$ 10,00
	Resistor 10KΩ
	R$ 0,10
Tabela 2: Preço estimado de cada componente utilizado.
O custo total desse projeto (sem contabilizar frete de produtos comprados pela internet, sem o preço dos diversos jumpers utilizados e outros equipamentos de fixação como cola e solda) foi de cerca de R$ 54,88.
Figuras 10 e 11: Projeto finalizado. (Própria autoria).
CONCLUSÃO
Após diversas pesquisas sobre cada componente que seria necessário para a montagem do circuito, foi possível saber quais, onde e como utilizar os dispositivos e também seus respectivos preços.
Inicialmente, foi pesquisado circuitos para termos ciência de como é um circuito amplificador operacional. Foram feitas diversas mudanças no circuito escolhido como base com a finalidade de minimizar os custos, já que nem todos aqueles componentes eram obrigatórios para o funcionamento.
Feito o protótipo e vários testes, foi possível observar um aumento de 1,6 vezes da tensão de entrada para a de saída. Também foi verificado um aumento na amplitude da frequência de saída em relação a de entrada.
REFERÊNCIAS	
AMPLIFICADORES, Logos. Kits para Amplificadores. Disponível em < http://www.logosamplificadores.com.br/Kit_Amplificador_TDA2030 >. Acesso em: 24/05/2018, às 11:02.
BELLAVER, Maikon André. Como Dimensionar Capacitores. 23 de abril de 2012. Disponível em < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAehUAB/como-dimencionar-capacitores >. Acesso em: 21/05/2018, às 10:33.
ELETRÔNICA, Baú da. Capacitor Eletrolítico 1uF / 50V. Disponível em < http://www.baudaeletronica.com.br/capacitor-eletrolitico-1uf-50v.html?gclid=Cj0KCQjw6J7YBRC4ARIsAJMXXsfAAtnz7I2FZi0TMR-6HF_OkjbT2eS4yfhv3JpmNac9JY1PunTBiZ8aAtJHEALw_wcB >. Acesso em: 22/05/2018, às 10:01
MARIAN, P. TDA2030 Audio Amplifier Circuits. 2013. Disponível em < https://www.electroschematics.com/7875/tda2030-audio-amplifier-circuits >. Acesso em: 23/05/2018, às 10:12.
PETERVIS. TDA2030A Stereo Audio Amplifier Kit. Janeiro de 2018. Disponível em < https://www.petervis.com/electronics/TDA2030A/TDA2030A >. Acesso em: 22/05/2018, às 11:10.
TEIXEIRA, Mariane Mendes. Diodo Semicondutor. 2016. Disponível em < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/diodo-semicondutor >. Acesso em: 22/05/2018, às 10:30
TONI. Circuito de amplificador de áudio com CI TDA2030. 17 de janeiro de 2009. Disponível em: < https://www.te1.com.br/2009/01/circuito-amplificador-tda2030 >. Acesso: 22/05/2018, às 10:04
TUDO, Só. CIRCUITO INTEGRADO TDA2030. 2018. Disponível em < 
https://www.sotudo.com.br/produto/tda2030 >. Acesso: 23/05/2018, às 11:26.
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