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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO ANDRE LUCAS SILVA LUIS FELIPE BENEDITO RUANI LAZZAROTTO VAGNER MARTINELLO ELETRÔNICA B RELATÓRIO EXERIMENTAL 4 AMPLIFICADOR INTEGRADOR PATO BRANCO 2013 1. Objetivo Verificação da operação dos amplificadores operacionais na configuração integrador sobre diversos sinais de entrada. 2. Materiais Utilizados - Matriz de contato; - Fios Condutores; - Multímetro; - Osciloscópio; - Gerador de Função; - 1 Resistor 100 kΩ ½ W; - 1 Resistor 10 kΩ ½ W; - 1 Resistor 1M ½ W; - 1 Capacitor 2,2nF; - 1 Circuito integrado TL084. 3. Procedimento Teórico O circuito de um integrador é dado pela figura 1: Figura 1: Circuito integrador Fonte: Wikipédia Aplicando a transformada de Laplace e analisando o circuito temos a seguinte função de transferência: ∫ Segundo (Albuquerque, 2010), na prática o circuito da figura 1 é afetado pela tensão de offset de entrada fazendo o amplificador operacional saturar com +VCC ou -VCC , isto porque em CC não existindo realimentação negativa (o capacitor é circuito aberto em CC) o ganho será muito alto (por exemplo 105) fazendo o amplificador operacional saturar com tensões de entrada tão baixas como 2mV (Vio). A solução é colocar um resistor R2 em paralelo como capacitor C, desta forma limitando o ganho a R2/R1 em CC ( Figura 02). O circuito, porém só será integrador para frequências muito acima da frequência de corte do circuito a qual é dada por: Figura 2: Circuito integrador Fonte: Wikipédia A frequência de corte calculada para o circuito é de aproximadamente 72.3 Hz. Simulamos computacionalmente o circuito dessa atividade de laboratório utilizando o software Multisim 11.0 para uma analise de quais resultados deveríamos obter na prática. Para a simulação realizamos os seguintes testes: gerador de função ajustado em onda quadrada com frequências de 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz e 100 kHz. O diagrama da simulação e as ondas obtidas são ilustrados nas figuras abaixo. Figura 3 Simulação do circuito amplificador integrador Figura 4 (a) (b) (c) Leitura do osciloscópio do simulador com os sinais de saída (em vermelho) e entrada de onda quadrada (em azul) com frequência de 100 Hz (a), 1 kHz (b), 10 kHz (c). Ao observar as formas de ondas geradas na simulação nota-se que para frequências relativamente baixas (100 Hz) o circuito apenas amplifica a onda de entrada. No entanto, quando aumentamos a frequência para 1 kHz o circuito se comporta como um integrador com ganho quase unitário. Para frequências acima de 1 kHz o ganho do sistema é reduzido. 4. Desenvolvimento Prático Para esta atividade foi montado o circuito da figura 5 com alimentação simétrica de ±15 V para amplificador operacional. Figura 5: 100 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 2,2 nF Vi VO Circuito amplificador diferenciador. Inicialmente ajustamos o gerador de função para produzir uma onda quadrada de amplitude de 500 mV e frequência de 100 Hz aplicamos o sinal na entrada do circuito (Vi). O canal 1 do osciloscópio foi então conectado na entrada do circuito e o canal 2 na saída do mesmo. As formas de onda obtidas com o osciloscópio são ilustradas na figura a seguir. Figura 6 Forma de onda da saída do circuito e entrada quadrada. Em seguida a frequência do gerador de funções foi ajustado para 1 kHz. As formas das ondas de entrada e saída são ilustradas na figura 7. Figura 7 Formas de onda da entrada e saída do circuito. A frequência do gerador de função foi novamente ajustada, agora para uma frequência de 10 kHz e depois para 100 kHz. As formas das ondas de entrada e saída são ilustradas nas figuras 8 e 9. Figura 8 Formas de onda da entrada e saída do circuito. Figura 9 Formas de onda da entrada e saída do circuito. Por fim, o gerador de função foi ajustado para gerar formas de onda triangular e depois senoidal em uma frequência de 1 kHz. As formas de onda de entrada e saída dessa etapa são ilustradas nas figuras 10 e 11. Figura 10 Formas de onda da entrada e saída do circuito. Figura 11 Formas de onda da entrada e saída do circuito. 4. Questionário: Por que este circuito é denominado de amplificador integrador? R: Porque a saída do circuito apresenta a integral do sinal aplicado na entrada para entradas com frequência bem acima da frequência de corte. As formas de onda de saída estão de acordo com o esperado? R: Sim. Podemos notar nas figuras 7 e 8 que a onda quadrada foi transformada em uma onda triangular, integrando a tensão constante em uma tensão crescente e decrescente (rampa). Pesquisar uma aplicação para o amplificador integrador. R: O amplificador integrador é utilizado em filtros de passa-baixa e em conversores A/D. 5. Conclusão Ao comparar as formas de onda simuladas e as obtidas experimentalmente, verificamos que os resultados são praticamente iguais, com exceção da resposta para a onda quadrada de 100 Hz que na simulação no Multisim foi obtida como sendo como uma onda quadrada amplificada, na experimentação prática foi obtida uma onda triangular mais distorcida. Acreditamos que isso se deve ao fato de que no software os componentes apresentam características ideais. Já na prática isso não ocorre porque os componentes podem apresentar algumas variações de suas propriedades. Nos demais testes as ondas se comportaram de maneira esperada. Pode-se observar que o circuito amplificador atenua a saída para entradas de frequência muito elevada o que justifica sua utilização como filtro passa-baixa. 6. Bibliografia Albuquerque, R. O. (2010). Acesso em março de 2013, disponível em Eletrônica 24 h: http://www.eletronica24h.com.br/CURSOAO/indexAO.htm MALVINO, A. P., & BATES, D. J. (2008). Eletrônica (7 ed., Vol. 2). Sao Paulo: McGraw-Hill. 7. Obras Citadas Albuquerque, R. O. (2010). Acesso em março de 2013, disponível em Eletrônica 24 h: http://www.eletronica24h.com.br/CURSOAO/indexAO.htm
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