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Instituto Superior Técnico
Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Área de Electrónica
Circuitos com o amplificador operacional
(hardware)
Trabalho de Laboratório
Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica
Licenciatura em Engenharia de Redes de Comunicação e Informação (LERCI)
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
Introdução
O amplificador operacional 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
Objectivos
Este trabalho permitirá entrar em contacto com o material de laboratório e alguns
componentes tais como resistências, resistências variáveis e condensadores. Serão
efectuadas algumas medidas em circuitos que utilizam um dos amplificadores operacionais
mais utilizados o 741. As medidas efectuadas podem ser comparadas com os resultados
obtidos por análise teórica ou simulação.
Material
Bases com tensões de alimentação e gerador de sinal, placa de breadboard e osciloscópio.
Componentes: 741, resistências, resistência variável e condensador.
Relatório
O trabalho deve ser preparado anteriormente à sua realização no laboratório. No relatório,
devem ser incluídos os resultados pedidos e os gráficos resultantes dos ensaios. Deve ser
realizada a interpretação dos resultados, através das comparações com resultados teóricos
ou de simulação, dos comentários e das respostas às perguntas pedidos ao longo do
trabalho.
Plano de trabalhos
1ª parte
Analise os componentes que lhe foram distribuídos, identificando as resistências, os
condensadores e a resistência variável. Com base no código de cores identifique o valor
das várias resistências (ver código de cores das resistências no Anexo A).
2ª parte
1 - Monte na placa de breadboard o circuito da figura 1, alimentando o circuito com tensões
de +12V e –12V. Consulte a folha de catálogo para identificar os terminais do ampop.
Coloque entre a tensão de alimentação e a terra condensadores electrolíticos.
+12 V
vi
vs
10 µF
+
A
+
v
-
-
10 µF
-12 V
Figura 1
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
Aplique uma onda sinusoidal com uma frequência de 1kHz na entrada . Analise com o
osciloscópio o sinal na entrada e na saída. Desenhe um esboço das formas de onda. Qual a
relação entre o sinal de entrada e saída?.
2 – Modifique o circuito (figura 2), introduzindo na entrada uma componente DC.
a) Varie a amplitude do sinal e o valor da tensão DC (com o potenciómetro). Analise as
formas de onda no osciloscópio. Determine as tensões de saturação do ampop. Quando
utilizar o ampop na zona linear de funcionamento (sem saturação do ampop), qual a
aplicação deste circuito?
vi
+12 V
+
A
vs
+
vo
-
-
Figura 2
b) Mude as tensões de alimentação do ampop para ±15V. Determine de novo as tensões de
saturação. O que acontece às tensões de saturação quando as tensões de alimentação
variam?
3- Aplique na entrada uma tensão sinusoidal com um amplitude entre 2V e 5 V. Varie a
frequência de entrada entre 10 kHz e 1 MHz. Preencha a tabela 1 e desenhe
V0
Vs
em
função da frequência (diagrama de Bode de amplitude). Desenhe a curva do ganho.
f (Hz ) )
V sM
VoM
VoM
V sM
10 k
30 k
60 k
100k
300k
600 k
1000k
Tabela 1
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
3ª parte
1 – Analise teoricamente os circuitos da figura 3, determinando o valor de vo para vs igual a
0 V. Se as correntes de entrada DC do ampop não ideal não forem nulas (representadas
pelas fontes DC, IB), qual a vantagem de utilizar a resistência R3?
R2
R2
R1
R1
-
vs
IB
-
A
+
+
vs
IB
vo
-
iIB
A
+
vo
-
iIB
R3
+
R3=R1 //R2
(a)
(b)
Figura 3
2 – Monte o circuito da figura 4, escolhendo o valor de R2 de modo a ter um ganho de
tensão cujo módulo é 10. Qual o valor da tensão de saída quando se anula vs? Porque
razão se utilizou a resistência de 10 k no terminal + do ampop?
R2
10k
-
vs
A
+
10k
+
vo
-
Figura 4
3 – Aplique uma onda quadrada na entrada com uma frequência de 1 kHz. Esboce as
formas de onda na entrada e na saída. Como se comporta o circuito na saída?
4 – Aplique uma tensão sinusoidal com frequência 1 kHz e amplitude 0,5 V. Desenhe a
forma de onda da entrada e da saída. Mostre que a montagem realiza um amplificador
inversor.
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
5 - Aplique na entrada uma tensão sinusoidal com um amplitude de 0,5 V. Varie a
frequência de entrada entre 10 kHz e 1 MHz. Preencha a tabela 2 e desenhe
V0
Vs
em
função da frequência (diagrama de Bode de amplitude). Desenhe a curva do módulo do
ganho.
f (Hz ) )
V sM
VoM
VoM
V sM
10 k
30 k
60 k
100k
300k
600 k
1000k
Tabela 2
4 – Compare a resposta deste circuito com o circuito da 1ª parte. Compare as frequências
em que o ganho cai de raiz de 2 em relação ao patamar e o ganho de patamar (produto
ganho largura de banda é constante).
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
Anexo A
Tabela de Código de Cores para Resistência
Cor
Preto
Castanho
Vermelho
Laranja
Amarelo
Verde
Azul
Violeta
Cinzento
Branco
Dourado
Prateado
Nenhuma
Dígitos
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Multiplicador
1
10
100
1000
10,000
100,000
1,000,000
10,000,000
100,000,000
1,000,000,000
0.1
0.01
Tolerância
1%
2%
5%
10%
20%
Anexo B
Helena Sarmento
1º semestre 2004/2005
LM741
Operational Amplifier
General Description
The LM741 series are general purpose operational amplifiers which feature improved performance over industry standards like the LM709. They are direct, plug-in replacements
for the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.
The amplifiers offer many features which make their application nearly foolproof: overload protection on the input and
output, no latch-up when the common mode range is exceeded, as well as freedom from oscillations.
The LM741C is identical to the LM741/LM741A except that
the LM741C has their performance guaranteed over a 0˚C to
+70˚C temperature range, instead of −55˚C to +125˚C.
Features
Connection Diagrams
Metal Can Package
Dual-In-Line or S.O. Package
00934103
00934102
Note 1: LM741H is available per JM38510/10101
Order Number LM741H, LM741H/883 (Note 1),
LM741AH/883 or LM741CH
See NS Package Number H08C
Order Number LM741J, LM741J/883, LM741CN
See NS Package Number J08A, M08A or N08E
Ceramic Flatpak
00934106
Order Number LM741W/883
See NS Package Number W10A
Typical Application
Offset Nulling Circuit
00934107
© 2004 National Semiconductor Corporation
DS009341
www.national.com
LM741 Operational Amplifier
August 2000
LM741
Absolute Maximum Ratings (Note 2)
If Military/Aerospace specified devices are required,
please contact the National Semiconductor Sales Office/
Distributors for availability and specifications.
(Note 7)
LM741A
LM741
± 22V
± 22V
± 18V
500 mW
500 mW
500 mW
± 30V
± 15V
± 30V
± 15V
± 30V
± 15V
Output Short Circuit Duration
Continuous
Continuous
Continuous
Operating Temperature Range
−55˚C to +125˚C
−55˚C to +125˚C
0˚C to +70˚C
Storage Temperature Range
−65˚C to +150˚C
−65˚C to +150˚C
−65˚C to +150˚C
150˚C
150˚C
100˚C
N-Package (10 seconds)
260˚C
260˚C
260˚C
J- or H-Package (10 seconds)
300˚C
300˚C
300˚C
Vapor Phase (60 seconds)
215˚C
215˚C
215˚C
Infrared (15 seconds)
215˚C
215˚C
215˚C
Supply Voltage
Power Dissipation (Note 3)
Differential Input Voltage
Input Voltage (Note 4)
Junction Temperature
LM741C
Soldering Information
M-Package
See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” for other methods of
soldering
surface mount devices.
ESD Tolerance (Note 8)
400V
400V
400V
Electrical Characteristics (Note 5)
Parameter
Conditions
LM741A
Min
Input Offset Voltage
LM741
Min
LM741C
Typ
Max
1.0
5.0
Min
Units
Typ
Max
Typ
Max
0.8
3.0
2.0
6.0
mV
4.0
mV
TA = 25˚C
RS ≤ 10 kΩ
RS ≤ 50Ω
mV
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
RS ≤ 50Ω
RS ≤ 10 kΩ
6.0
Average Input Offset
7.5
15
mV
µV/˚C
Voltage Drift
Input Offset Voltage
TA = 25˚C, VS = ± 20V
± 10
± 15
± 15
mV
Adjustment Range
Input Offset Current
TA = 25˚C
3.0
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
Average Input Offset
30
20
200
70
85
500
20
200
nA
300
nA
0.5
nA/˚C
Current Drift
Input Bias Current
TA = 25˚C
Input Resistance
TA = 25˚C, VS = ± 20V
1.0
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,
0.5
30
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
80
80
0.210
6.0
500
80
1.5
0.3
2.0
500
0.8
0.3
2.0
nA
µA
MΩ
MΩ
VS = ± 20V
Input Voltage Range
± 12
TA = 25˚C
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
www.national.com
± 12
2
± 13
± 13
V
V
Parameter
(Continued)
Conditions
LM741A
Min
Large Signal Voltage Gain
Typ
LM741
Max
Min
Typ
50
200
LM741C
Max
Min
Typ
20
200
Units
Max
TA = 25˚C, RL ≥ 2 kΩ
VS = ± 20V, VO = ± 15V
50
V/mV
VS = ± 15V, VO = ± 10V
V/mV
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,
RL ≥ 2 kΩ,
VS = ± 20V, VO = ± 15V
32
V/mV
VS = ± 15V, VO = ± 10V
VS = ± 5V, VO = ± 2V
Output Voltage Swing
25
15
V/mV
10
V/mV
± 16
± 15
V
VS = ± 20V
RL ≥ 10 kΩ
RL ≥ 2 kΩ
V
VS = ± 15V
RL ≥ 10 kΩ
± 12
± 10
RL ≥ 2 kΩ
Output Short Circuit
TA = 25˚C
10
Current
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
10
Common-Mode
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX
Rejection Ratio
25
35
Supply Voltage Rejection
TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,
Ratio
VS = ± 20V to VS = ± 5V
RS ≤ 50Ω
25
± 14
± 13
V
25
mA
95
86
96
90
70
90
dB
77
96
77
96
dB
µs
TA = 25˚C, Unity Gain
0.25
0.8
0.3
0.3
Overshoot
6.0
20
5
5
TA = 25˚C
Slew Rate
TA = 25˚C, Unity Gain
Supply Current
TA = 25˚C
Power Consumption
TA = 25˚C
0.437
1.5
0.3
0.7
VS = ± 20V
80
LM741
%
MHz
0.5
0.5
V/µs
1.7
2.8
1.7
2.8
mA
50
85
50
85
mW
150
VS = ± 15V
LM741A
dB
dB
Rise Time
Bandwidth (Note 6)
V
mA
70
80
RS ≤ 10 kΩ
Transient Response
± 12
± 10
40
RS ≤ 10 kΩ, VCM = ± 12V
RS ≤ 50Ω, VCM = ± 12V
± 14
± 13
mW
VS = ± 20V
TA = TAMIN
165
mW
TA = TAMAX
135
mW
VS = ± 15V
TA = TAMIN
60
100
mW
TA = TAMAX
45
75
mW
Note 2: “Absolute Maximum Ratings” indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device is
functional, but do not guarantee specific performance limits.
3
www.national.com
LM741
Electrical Characteristics (Note 5)
LM741
Electrical Characteristics (Note 5)
(Continued)
Note 3: For operation at elevated temperatures, these devices must be derated based on thermal resistance, and Tj max. (listed under “Absolute Maximum
Ratings”). Tj = TA + (θjA PD).
Thermal Resistance
θjA (Junction to Ambient)
θjC (Junction to Case)
Cerdip (J)
DIP (N)
HO8 (H)
SO-8 (M)
100˚C/W
100˚C/W
170˚C/W
195˚C/W
N/A
N/A
25˚C/W
N/A
Note 4: For supply voltages less than ± 15V, the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage.
Note 5: Unless otherwise specified, these specifications apply for VS = ± 15V, −55˚C ≤ TA ≤ +125˚C (LM741/LM741A). For the LM741C/LM741E, these
specifications are limited to 0˚C ≤ TA ≤ +70˚C.
Note 6: Calculated value from: BW (MHz) = 0.35/Rise Time(µs).
Note 7: For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A.
Note 8: Human body model, 1.5 kΩ in series with 100 pF.
Schematic Diagram
00934101
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4
LM741
Physical Dimensions
inches (millimeters)
unless otherwise noted
Metal Can Package (H)
Order Number LM741H, LM741H/883, LM741AH/883, LM741AH-MIL or LM741CH
NS Package Number H08C
5
www.national.com
LM741
Physical Dimensions
inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)
Ceramic Dual-In-Line Package (J)
Order Number LM741J/883
NS Package Number J08A
Dual-In-Line Package (N)
Order Number LM741CN
NS Package Number N08E
www.national.com
6
LM741 Operational Amplifier
Physical Dimensions
inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)
10-Lead Ceramic Flatpak (W)
Order Number LM741W/883, LM741WG-MPR or LM741WG/883
NS Package Number W10A
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