1) O documento apresenta 8 experimentos com amplificadores operacionais, descrevendo os circuitos, procedimentos e resultados esperados de cada um. 2) Os experimentos demonstram configurações básicas de amplificadores operacionais, como comparador inversor, não inversor, amplificador, oscilador e outros. 3) As medições são feitas no domínio do tempo e da função de transferência para analisar o comportamento de cada circuito.

1. EFEI - IEE / DON Kazuo Nakashima
1 AMPILFICADOR OPERACIONAL (FUNDAMENTOS)
Objetivos
Nesta experiência faremos o primeiro
contato com o amplificador operacional e
apresentaremos os procedimentos passo
a passo que tornarão a execução dos
ensaios mais rápida e segura.
Verificaremos a grande versatilidade
do amp op implementando as configura-
ções básicas utilizando apenas meia dú-
zia de componentes passivos adicionais.
Analisaremos o comportamento do cir-
cuito sob duas formas:
! No tempo, observando os sinais de
entrada, vi(t), e de saída, vo(t), simul-
taneamente através de um osciloscó-
pio de duplo traço.
! Função de transferência vo=f(vi), utili-
zando o osciloscópio no modo x-y
x(HORIZONTAL) = sinal de entrada
y(VERTICAL) = sinal de saída
Instalação do Amp Op no Protoboard
1o passo: Instalar o 741C (mini DIP) no
protoboard, com o pino 1 voltado para
o lado esquerdo inferior (lado chanfra-
do no lado esquerdo).
2o passo: Instalar os fios da alimenta-
ção. +15V ao pino 7 do 741C (fio ver-
melho), -15V ao pino 4 do 741C (fio
verde) e 0V ao barramento GND do
protoboard (fio preto).
Manter a alimentação desligada toda
vez que for montar ou modificar um
circuito.
Se o protoboard possuir barramento
duplo (régua estreita com dois barramen-
tos), alimentar o primeiro barramento su-
perior com +15V, o primeiro barramento
inferior com -15V e os dois barramentos
centrais com GND.
Uma vez alimentado os barramentos
do protobord, alimentar o 741 através de
pequenos "jumps", também coloridos,
entre o barramento e o pino correspon-
dente. Desta forma conseguiremos insta-
lar diversos Circuitos Integrados com
mais organização.
-
+
1 2 3 4
78 6 5
+15V
-15V
0V/GND
0V/GND
+15V→
0V→
0V→
-15V→
Figura 1: Lay Out e pinagem do 741C.
Para interligar os componentes eletrô-
nicos, utilize fios rígidos, encapados,
de bitola correspondente a 22, 24 ou
26 AWG. Os LEADS dos demais compo-
nentes devem apresentar a bitola cor-
respondente.

2. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 2
Endireitar os leads dos componentes
e a parte desencapada dos fios com o a-
licate de bico. Não force a introdução
dos leads tortos nos contatos do proto-
board; se isto acontecer, os contatos do
proto-board serão danificados permanen-
temente. Utilize o alicate de corte para
cortar os LEADS e fios no tamanho ade-
quado.
A fiação da alimentação deve ser bem
feita e de modo a não atrapalhar a ins-
talação dos demais componentes uma
vez que ela permanecerá em quase to-
das montagens.
É boa prática não desconectar a ali-
mentação quando for desmontar um
circuito para montar outro.
3o passo: Planejar a construção do cir-
cuito e esboçar mentalmente um Lay
Out da montagem. Procure manter a
disposição dos componentes como no
diagrama esquemático.
4o passo: Completar o circuito conforme
o diagrama esquemático utilizando o
menor número de fios possível e de
forma a facilitar a substituição do amp
op.
A partir deste ponto, as ligações de a-
limentação não serão mais indicadas
no diagrama esquemático. Fica suben-
tendido, no entanto, que o amp op de-
ve ser alimentado com ±15V. Para o
741C, pino 7=+15V, pino 4=-15V, e a li-
nha de terra (comum do circuito) ao
ZERO da fonte simétrica de ±15V
Osciloscópio
A análise no domínio do tempo consis-
te em observar simultaneamente as for-
mas de onda de entrada e saída, Vi(t) e
Vo(t), através de um osciloscópio de dois
canais.
Para facilitar a execução das experi-
ências é comum adotar a seguinte con-
venção:
Sinal de entrada = canal CH1
Sinal de saída = canal CH2
Uma vez que a alimentação padrão
dos circuitos a amp op é ±15V, todos os
sinais estarão compreendidos dentro
desta faixa. Se calibrarmos o osciloscó-
pio em 5V/DIVISÃO, acoplamento DC
(importante), e com os traços centrados
na tela, qualquer sinal será captado pelo
osciloscópio dentro das 6 divisões cen-
trais da tela.
O acoplamento DC permite verificar a
presença de nível contínuo e, por exem-
plo, medir a tensão da fonte de alimen-
tação. Além disso, o acoplamento AC
pode distorcer a forma de onda nos si-
nais de baixa freqüência.
O sincronismo (Trigger) deve ser feito
preferencialmente pelo sinal de entrada,
CH1, modo NORMAL ou AUTOMÁTICO,
SLOPE+.
Neste tipo de ensaio o sinal de excita-
ção pode ser senoidal, triangular ou
quadrada.
Localização de defeitos
1. Se o amp op estiver saturado positi-
vamente e não responder ao sinal de
excitação, verifique a alimentação ne-
gativa (pino 4=-15V). Se estiver corre-
to verifique se o terminal da entrada
não inversora (pino 3) está correta-
mente conectado ao circuito.
2. Se o amp op estiver saturado negati-
vamente, verifique primeiro a alimen-
tação positiva (pino 7=+15V). Se esti-
ver correto, verifique o terminal da en-
trada inversora.
3. Se tudo isto estiver correto, verifique
a temperatura do amp op. Em condi-
ções normais a temperatura do corpo
(case) deverá ser próxima da tempe-
ratura ambiente.

3. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 3
1) COMPARADOR INVERSOR
10k
10k
2k
iV
oV
-
+
+Vcc
-Vcc
2
3
6
7
4
" Ligar primeiro a fonte de alimentação
de ±15V e em seguida o gerador de
sinais (vi).
" Ajustar o gerador de funções em:
SENO, 100Hz, 4Vpp.
" Observar vi = f(t) e vo = f(t). Faça um
posicionamento, vertical e horizontal
adequado. Desenhe as formas de on-
da indicando o nível zero, amplitudes
e tempos.
" Ajuste os comandos do osciloscópio
conforme indicado no oscilograma. Na
parte inferior estão definidos pela or-
dem CH1=2V/DIV, CH2=5V/DIV,
H=2mSEC/DIV.
CH1:2V/DIV CH2:5V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
No amp op em malha aberta o amp op
estará sempre saturado.
( )
( )
V e e
V e e
Sat
Sat
+ + −
− + −
⇒ − >
⇒ − <
0
0
Observe no oscilograma acima que o
amp op muda de estado quando e-=e+,
neste caso igual a zero.
Observe ainda que a saída muda para
negativo quando ao sinal de entrada vai
para positivo. O sinal de saída tem pola-
ridade invertida em relação ao de entra-
da.
" Mude o comando do osciloscópio pa-
ra operação x-y (x = vi). Posicione
corretamente os eixos x-y (ou ponto
0-0).
Você estará observando a função de
transferência deste circuito.
Para centrar o eixo, mude a chave AC-
GND-DC de CH1 para GND. Posicione o
traço horizontalmente atuando no botão
HORIZONTAL POSITION. Volte esta
chave para posição DC.
Mude a chave AC-GND-DC de CH2
para posição GND. Posicione o traço
verticalmente atuando no botão VERTI-
CAL POSITION de CH2. Volte esta chave
para posição DC.
CH1:2V/DIV CH2:5V/DIV H:XY
0V
Observe que no eixo X o sinal ocupa
duas divisões de 2V/DIV, ou seja, 4Vpp.
No eixo Y o sinal varia entre VSAT+ e
VSAT-, não necessariamente simétricas. O
oscilograma indica VSAT+=+14,5V e VSAT-
=-14,5V.

4. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 4
2) COMPARADOR NÃO INVERSOR
R=10k
10k
2k
-
+
CH1:2V/DIV CH2:5V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
CH1:2V/DIV CH2:5V/DIV H:XY
0V
Observe que a saída está sempre sa-
turada e muda de estado quando e+=e-.
O sinal de saída tem a mesma polarida-
de do sinal de entrada uma vez que es-
tamos aplicando o sinal de excitação na
entrada não inversora do amp op.
Não desmonte o circuito.
" Complete o circuito conforme o dia-
grama esquemático do amplificador
não inversor instalando um resistor
entre o terminal de saída e o terminal
de entrada inversora, fechando uma
Realimentação Negativa.
3) AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR
iR =10k
10k
2k
fR =20k
-
+
CH1:2V/DIV CH2:2V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
CH1:2V/DIV CH2:2V/DIV H:XY
0V
O sinal de saída não satura devido à
realimentação negativa e tem a mesma
polaridade do sinal de entrada porque
estamos aplicando o sinal de excitação
na entrada não inversora do amp op.
Neste amplificador
V
V
R
R
k
k
o
i
f
i
= + = + =1
20
10
1 3

5. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 5
4) AMPLIFICADOR INVERSOR
iR =10k
10k
2k
fR =20k
iV
oV
-
+
CH1:2V/DIV CH2:2V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
CH1:2V/DIV CH2:2V/DIV H:XY
0V
O sinal de saída está invertido em re-
lação ao sinal de entrada porque o sinal
de excitação é aplicada na entrada in-
versora do amp op.
V
V
R
R
k
k
o
i
f
i
= − = − = −
20
10
2
Observe que o circuito do amplificador
inversor é o mesmo que circuito do am-
plificador não inversor. Muda apenas o
terminal onde é aplicado o sinal de en-
trada.
5) COMPARADOR COM HISTERESE NÃO IN-
VERSOR.
R=10k
nR=20k
10k
2k
-
+
Vi=TRIANGULAR, 100Hz, 20Vpp
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:XY
0V
Observe que o sinal de saída está
sempre saturada, tem a mesma polari-
dade que o sinal de entrada e muda de
estado em dois níveis diferentes do sinal
de entrada (dois pontos de trip) forman-
do um ciclo de histerese.
Devido à realimentação positiva, a
comutação é mais rápida.

6. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 6
6) COMPARADOR COM HISTERESE INVERSOR.
R=10k
nR=10k
10k
2k
-
+
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:XY
0V
Observe a característica inversora
deste circuito e a histerese menor. Se
você mudar CH2 para e+, você percebe-
rá que o amp op muda de estado exata-
mente quando e-=e+.
O diagrama esquemático do compara-
dor com histerese (realimentação positi-
va) é muito parecido com o diagrama es-
quemático do amplificador (realimenta-
ção negativa). O comportamento do cir-
cuito é muito diferente devido à diferença
fundamental no tipo de realimentação.
7) MULTIVIBRADOR
(OSCILADOR DE RELAXAÇÃO).
R=10k
nR=20k
fR =100k
C=100nF
2k
-
+
OBS.: Este circuito é um oscilador e
NÃO necessita do gerador de funções
para funcionar
Neste circuito existem simultaneamen-
te os dois tipos de realimentação: positi-
va e negativa. A instabilidade neste tipo
de circuito se reflete em uma oscilação.
Freqüência = [Hz]
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:2mSEC/DIV
0V
A freqüência de oscilação depende do
produto Rf*C, da histerese e de VSAT.
Uma vez que VSAT NÃO é um valor preci-
so, esta freqüência não será precisa.
" Complete o circuito adicionando um
diodo 1N4148 e um resistor de 1k.

7. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 7
R=10k
nR=20k
fR =100k
C=100nF
2k
1k
Vo
-
+
" Inverta a polaridade do diodo.
Verifique se a relação entre o intervalo
alto e o intervalo baixo é próximo do va-
lor entre a resistência de 100k e 1k.
8) OSCILADOR PONTE WIEN
R
fR =20k
2k
-
+
iR =10k
C RC
R=15k C=10nFΩ
Obs:. Se o circuito não oscilar, instale
um resistor de 1MΩ em paralelo à Ri.
" Meça a amplitude e a freqüência do
sinal de saída.
Pela teoria, a freqüência de oscilação
é kHzCRfosc 061,12/1 == π e a ampli-
tude igual a VSAT.
fOSC MEDIDO= [Hz]
CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H:0.2mSEC/DIV
0V
O ganho de tensão é muito crítico nes-
te circuito. Abaixo de 3, o circuito não
oscila. Muito acima de 3 a distorção au-
menta.
Para aumentar o ganho de tensão,
basta aumentar Rf ou diminuir Ri.
" Instalar um resistor de 100k em para-
lelo à Ri.

8. Experiências com Amplificadores Operacionais - Fundamentos
EFEI-IEE/DON : Kazuo Nakashima 8
CONCLUSÕES
1. Utilizando pouquíssimos componentes
passivos adicionais implementamos
diversos circuitos de comportamentos
diferentes.
2. A função que o amp op executa e a
precisão do circuito depende destes
componentes adicionais.
3. Observamos a grande diferença de
comportamento entre a realimentação
negativa e realimentação positiva.
4. A tensão de saída tem a mesma pola-
ridade que a tensão de excitação a-
plicada no terminal da entrada não in-
versora do amp op e polaridade opos-
ta quando aplicada na entrada inver-
sora.
5. Você deve ter observado que é muito
fácil trabalhar com amp op. Os circui-
tos funcionam conforme previsto.
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