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18 Projetos com Amplificadores Operacionais (ART2036)

Não há limite para a quantidade de projetos que podem ser baseados em amplificadores operacionais. Neste artigo damos uma boa quantidade de projetos, numa seqüência que á muito vem sendo explorada em nossos artigos e que deve ser marcada como excelente fonte de idéias para futuros projetos.

Os aplicativos são sugeridos pela National Semiconductor em seu Linear Applications Handbook.

Os circuitos apresentados se baseiam nos amplificadores operacionais da National tipos LM101A, LM102, LM107 e LM108.

O LM101A consiste um amplificador operacional de uso geral com uma tensão de off-set de entrada de 3 mV e corrente de 100 nA, sendo indicado para circuitos de baixas frequências e geradores de forma de onda.

O LM102 consiste num seguidor de tensão (ganho unitário) mas com grande ganho de potência.

Sua resistência de entrada é muito alta (10 000 M ohms) e seu balanço pode ser feito com um simples potenciômetro de 1k ohms.

Para o LM107 temos um amplificador operacional de uso geral com compensação de freqüência no próprio chip, ele é equivalente ao conhecido 741.

O LM108 consiste num amplificador operacional de precisão, com características próximas às de amplificadores com F ETs, operando com tensões de alimentação na faixa de 2-0-2 V até 20-0-20 V.

Embora as características deste integrado sejam semelhantes às do LM101A em muitos itens, ele é preferido quando existe a possibilidade de alto nível de ruído da fonte influir no funcionamento do circuito, eliminando-se a necessidade de capacitores by-pass.

 

PROJETOS

1. AMPLIFICADOR DE GANHO VARIÁVEL PARA INSTRUMENTA ÇAO

Nosso primeiro circuito, mostrado na figura 1, consiste num amplificador de ganho variável com entrada diferencial para aplicações em instrumentação.

 

Figura 1  - Amplificador para instrumentação
Figura 1 - Amplificador para instrumentação

 

O ganho é dado pelo valor de R6 e os demais resistores devem ser de precisão, conforme indicado no próprio diagrama. A fonte de alimentação deve' ser simétrica.

Observe que o uso do LM102, seguidor de tensão, na entrada do circuito garante uma elevadíssima resistência de entrada (10 000 M ohms) isolando assim a entrada da etapa amplificadora propriamente dita.

Dentre as aplicações possíveis para este circuito estão os amplificadores biológicos (polígrafos, etc.) e também dispositivos com transdutores de impedâncias muito altas.

 

2. AMPLIFICADOR PARA INSTRUMENTAÇÃO COM GANHO 100

Com base nos LM101A temos este amplificador para instrumentação com ganho 100.

Este ganho é determinado pela relação entre os resistores R7 e R5, figura 2.

 

   Figura 2 – Amplificador com ganho 100
Figura 2 – Amplificador com ganho 100

 

 

Observe que os resistores devem ter uma tolerância bastante estreita, a qual será responsável pela rejeição em modo comum.

Os resistores também devem manter relações indicadas no diagrama para correto funcionamento.

A impedância de entrada deste circuito é menor que no caso do anterior, mas ainda bastante elevada para as aplicações que fazem uso de transdutores de altas impedâncias.

 

3. AMPUFICADOR PARA INSTRUMENTAÇÃO COM GANHO 100 (2)

Este segundo amplificador, tem por base os integrados LM108 e possui entrada diferencial.

 

Figura3 – Outro amplificador com ganho 100
Figura3 – Outro amplificador com ganho 100

 

Os valores dos resistores e a fórmula que determina o ganho são dados no diagrama, figura 3.

Observe a necessidade de resistores de tolerâncias estreitas, de modo a garantir o mínimo de offset e conseqüentemente a rejeição e em modo comum (CMRR).

A etapa de saída com base num LM101A garante baixa impedância, para excitação de etapas ou instrumentos convencionais.

 

4. AMPLIFICADOR PARA INSTRUMENTAÇÃO COM ALTA IMPEDANCIA

O circuito da figura 4 tem por base dois integrados LM108 e seu ganho é determinado basicamente pela relação entre R1 e R2.

 

Figura 4 – Amplificador Para Instrumentação
Figura 4 – Amplificador Para Instrumentação

 

 

A impedância de entrada é de vários megohms, e os resistores usados, como em todos os circuitos deste tipo, devem ter uma tolerância bastante estreita.

Esta tolerância, que determina o casamento dos componentes, influi na rejeição em modo comum.

O capacitor C1 deve ser obtido experimentalmente no sentido de se maximizar a faixa passante.

 

5. AMPLIFICADOR EM PONTE

O amplificador da figura 5 tem por base um único LM108 e possui urna compensação de baixo ruído.

 

Figura 5 – Amplificador em ponte
Figura 5 – Amplificador em ponte

 

 

No caso, este amplificador está sendo mostrado com dois sensores de temperatura resistivos de 1 k ohms, mas outros sensores podem ser usados, inclusive com outros valores médios de resistências, alterando-se na mesma proporção os demais elementos da ponte.

O resistor R3 determina o ganho do circuito.

O capacitor reduz o ruído da fonte de alimentação em 20 dB e elimina a necessidade de capacitores by-pass.

 

6. AMPLIFICADOR EM PONTE - 2

Usando apenas um amplificador operacional LM 107 a National Semiconductor sugere o circuito da figura 6 para aplicações com transdutores resistivos.

 

Fig. 6 – Amplificador para ponte de medição - 2
Fig. 6 – Amplificador para ponte de medição - 2

 

 

As características do circuito são dadas nas fórmulas junto ao diagrama.

Veja que a relação entre R1 e a resistência do sensor 1 determinam o ganho do circuito, juntamente com a tensão de alimentação.

 

7. DIODO DE PRECISÃO

Um diodo com características de precisão pode ser simulado com o circuito da figura 7 que tem por base o integrado LM101A.

 

   Figura 7 – Diodo de precisão
Figura 7 – Diodo de precisão

 

Os diodos 1N914 podem ser substituídos por equivalentes como os 1N4148.

A fonte de alimentação deve ser simétrica como nas demais aplicações.

 

8. CEIFADOR DE PRECISAO

O circuito da figura 8 tem por base um LM101A; os diodos podem ser substituídos por equivalentes.

 

Figura 8 - Ceifador
Figura 8 - Ceifador

 

A entrada da tensão de referência Vref deve ter uma impedância menor que 200 ohms se D2 for usado.

 

9. RETIFICADOR DE MEIA ONDA RÁPIDO

O circuito apresentado tem por base o LM101A; os diodos podem ser substituídos por equivalentes, figura 9.

 

Figura 9 – Retificador de meia onda rápido
Figura 9 – Retificador de meia onda rápido

 

O resistor R1 deve ter uma tolerância de 1%. Neste circuito, a tensão de saída retificada tem o dobro da freqüência da tensão de entrada, podendo também operar como um simples dobrador.

 

10. CONVERSOR AC/DC SIMPLES

A base deste circuito é constituída por dois amplificadores operacionais do tipo LMI101A.

O primeiro circuito funciona como um retificador de meia onda, enquanto que o segundo funciona como um amplificador cujo ganho é dado por R7 e R3 basicamente, figura 10.

 

Figura 10 – Conversor AC/DC
Figura 10 – Conversor AC/DC

 

O capacitor C3 é usado nos casos em que se deseja tornar a operação do circuito rápida, sem a necessidade de filtros.

Observe a necessidade de resistores de precisão deste circuito.

 

11. DETECTOR DE PICO

O circuito da figura 11 usa dois amplificadores operacionais: um LM101A e um LM102.

 

Figura 11 – detector de pico
Figura 11 – detector de pico

 

Os diodos admitem equivalentes e os resistores não precisam ser de precisão.

 

12. AMPLIFICADOR DE VALOR ABSOLUTO

Este interessante circuito fornece uma saída proporcional à tensão de entrada, independente de sua polaridade e, além disso, tem uma segunda saída para indicação de polaridade.

A base é o LM101A e o circuito é dado na figura 12.

 

   Figura 12 – Amplificador de valor absoluto
Figura 12 – Amplificador de valor absoluto

 

O ganho depende da relação R1/R2, segundo fórmula dada junto ao diagrama.

Os demais resistores devem manter a relação, também indicada no diagrama.

A escolha dos resistores dependerá da amplitude do sinal com que se pretende trabalhar.

 

13. AMOSTRAGEM E RETENÇAO

O circuito da figura 13 retém na carga do capacitor, o valor da tensão de entrada, mantendo-o disponível na saída do operacional LM102 por um tempo que depende da qualidade do capacitor.

 

   Figura 13 – Amostragem e retenção
Figura 13 – Amostragem e retenção

 

O capacitor deve ser de boa qualidade para evitar a perda de carga com fugas.

A National indica para esta aplicação um capacitor com dielétrico de policarbonato.

 

14. AMOSTRAGEM E RETENÇÃO (2)

Outro circuito de amostragem e retenção é mostrado na figura 14, usando desta vez o LM108.

 

   Figura 14 – Amostragem e retenção 2
Figura 14 – Amostragem e retenção 2

 

 

Neste circuito temos dois transistores de efeito de campo MOS para fazer o chaveamento do sinal, carregando tem a tensão em sua saída, usada para excitar o seguidor de tensão.

Na saída do seguidor de tensão temos a mesma tensão com que se carrega o capacitor por um tempo determinado pela freqüência de chaveamento ou amostragem.

O capacitor também deve ser do tipo de dielétrico plástico, com um mínimo de fugas.

 

15. INTEGRADOR

Um integrador de excepcionais qualidades é obtido em torno de um LM108, conforme Amostra a figura 15.

 

Figura 15 - Integrador
Figura 15 - Integrador

 

 

Os transistores de efeito de campo usados nesta aplicação não devem ter diodos internos de proteção.

O drift deste circuito no pior caso é menor que 500 uV/s na faixa de -55 a +125°C.

 

16. AMPLIFICADOR SOMADOR RAPIDO

São usados integrados LM108 e LM101A neste somador rápido com baixa corrente de entrada, figura 16.

 

   Figura 16  - Somador Rápido
Figura 16 - Somador Rápido

 

 

O valor do capacitor é dado pela expressão no próprio diagrama e para aumentar a velocidade, o LM101A tem ganhos diferentes, conforme a faixa de freqüências.

A faixa passante deste circuito ê de 250 kHz para sinais intensos e de 3,5 MHz para sinais fracos.

 

17. INTEGRADOR RÁPIDO

O integrador da figura 17 caracteriza-se pela baixa corrente de entrada e tem por base um LM101A.

 

   Figura 17 – Integrador rápido
Figura 17 – Integrador rápido

 

C1 determina as características de integração juntamente com os diodos zener em oposição, os quais são dependentes das características de intensidade do sinal trabalhado.

 

18. FILTRO AJUSTÁVEL

O filtro rejeitor de fator Q ajustável da figura 18 tem por base dois LM110.

 

   Figura 18 – Filtro ajustável
Figura 18 – Filtro ajustável

 

 

Estes integrados consistem em seguidores de tensão que utilizam transistores de super ganho, de modo a necessitarem de uma corrente muito baixa de polarização de entrada, sem sacrificar a velocidade.

A freqüência central depende de R1 e C1 segundo a fórmula colocada junto ao diagrama.

Os resistores R2 e R3 e os capacitores C1 e C2 devem manter relações com R3 e com C3 conforme expressões também indicadas no diagrama.

O ajuste do fator Q é feito no potenciômetro de 50 k ohms (ou 47 k ohms).

Os valores dados no circuito são para a freqüência de 60 Hz.

 

Conclusão

Vimos nesta coletânea apenas algumas aplicações comuns de amplificadores operacionais.

No Banco de Circuitos do site, o leitor encontrar uma enorme quantidade de circuitos que podem ser de muita utilidade no desenvolvimento dos mais diversos tipos de projetos.

 

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