Op-Amp simples

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas baterias de 6 volts
• Quatro transistores NPN — modelos 2N2222 ou 2N3403 recomendados (o catálogo Radio Shack # 276-1617 é um pacote de quinze transistores NPN ideais para este e outros experimentos)
• Dois transistores PNP — modelos 2N2907 ou 2N3906 recomendados (catálogo Radio Shack # 276-1604 é um pacote de quinze transistores PNP ideais para este e outros experimentos)
• Dois potenciômetros de 10 kΩ, de volta única, afunilamento linear (catálogo Radio Shack # 271-1715)
• Um resistor de 270 kΩ
• Três resistores de 100 kΩ
• Um resistor de 10 kΩ

REFERÊNCIAS CRUZADAS

essons In Electric Circuits , Volume 3, capítulo 4:“Transistores de junção bipolar” Lições em circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 8:"Amplificadores operacionais"

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Projeto de um circuito amplificador diferencial usando espelhos de corrente.
• Efeitos de feedback negativo em um amplificador diferencial de alto ganho.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO





INSTRUÇÕES

Este projeto de circuito melhora o amplificador diferencial mostrado anteriormente. Em vez de usar resistores para diminuir a tensão no circuito de par diferencial, um conjunto de espelhos de corrente é usado, o resultado sendo um ganho de tensão mais alto e um desempenho mais previsível.

Com um ganho de voltagem mais alto, este circuito é capaz de funcionar como um amplificador operacional ou op-amp . Os amplificadores operacionais formam a base de muitos circuitos semicondutores analógicos modernos; portanto, é importante compreender o funcionamento interno de um amplificador operacional.

Transistores PNP Q ₁ e Q ₂ forma um espelho de corrente que tenta manter a corrente dividida igualmente através dos dois transistores de pares diferenciais Q ₃ e Q ₄ . Transistores NPN Q ₅ e Q ₆ formar outro espelho atual, definindo o total corrente do par diferencial em um nível predeterminado pelo resistor R _prg .

Meça a tensão de saída (tensão no coletor de Q ₄ com relação ao aterramento), pois as tensões de entrada são variadas. Observe como os dois potenciômetros têm efeitos diferentes na tensão de saída:uma entrada tende a conduzir a tensão de saída na mesma direção (não inversão), enquanto a outra tende a conduzir a tensão de saída na direção oposta (inversão).

Você notará que a tensão de saída responde melhor às mudanças na entrada quando os dois sinais de entrada são quase iguais um ao outro.

Uma vez que a resposta diferencial do circuito foi comprovada (a tensão de saída em transição abrupta de um nível extremo para outro quando uma entrada é ajustada acima e abaixo do nível de tensão da outra entrada), você está pronto para usar este circuito como um amplificador operacional real. Um circuito simples de amplificador operacional denominado seguidor de voltagem é uma boa configuração para tentar primeiro.

Para fazer um circuito seguidor de tensão, conecte diretamente a saída do amplificador à sua entrada inversora. Isso significa conectar o coletor e os terminais de base de Q ₄ juntos, e descartando o potenciômetro de "inversão":













Observe o símbolo triangular do amplificador operacional mostrado no diagrama esquemático inferior. As entradas inversora e não inversora são designadas com os símbolos (-) e (+), respectivamente, com o terminal de saída no vértice direito.

O fio de feedback que conecta a saída à entrada inversora é mostrado em vermelho nos diagramas acima. Como um seguidor de tensão, a tensão de saída deve “seguir” a tensão de entrada muito de perto, desviando não mais do que alguns centésimos de volt.

Este é um circuito seguidor muito mais preciso do que aquele de um único transistor de coletor comum, descrito em um experimento anterior! Um circuito amplificador operacional mais complexo é chamado de amplificador não inversor , e usa um par de resistores no circuito de feedback para "realimentar" uma fração da tensão de saída para a entrada inversora, fazendo com que o amplificador emita uma tensão igual a algum múltiplo da tensão na entrada não inversora.

Se usarmos dois resistores de valor igual, a tensão de feedback será 1/2 da tensão de saída, fazendo com que a tensão de saída se torne o dobro da tensão impressa na entrada não inversora. Assim, temos um amplificador de tensão com um ganho preciso de 2:













Ao testar este circuito amplificador não inversor, você pode notar pequenas discrepâncias entre as tensões de saída e de entrada. De acordo com os valores do resistor de feedback, o ganho de tensão deve ser exatamente 2.

No entanto, você pode notar desvios da ordem de vários centésimos de volt entre a tensão de saída e o que deveria ser. Esses desvios são devidos a imperfeições do circuito do amplificador diferencial e podem ser bastante reduzidos se adicionarmos mais estágios de amplificação para aumentar o ganho de tensão diferencial.

No entanto, uma maneira de maximizar a precisão do circuito existente é alterando a resistência de R _prg . Este resistor define o ponto de controle do espelho de corrente inferior e, ao fazê-lo, influencia muitos parâmetros de desempenho do amplificador operacional.

Tente substituir os valores de resistência de diferença, variando de 10 kΩ a 1 MΩ. Não use uma resistência inferior a 10 kΩ, ou os transistores do espelho de corrente podem começar a superaquecer e termicamente "fugir".

Alguns amplificadores operacionais disponíveis em unidades predefinidas fornecem uma maneira para o usuário "programar" de forma semelhante o espelho de corrente do par diferencial e são chamados de programáveis ​​ amplificadores operacionais. A maioria dos amplificadores operacionais não são programáveis ​​e têm seus pontos de controle de espelho de corrente internos fixados por uma resistência interna, ajustada para um valor preciso na fábrica.