Este artigo foi retirado da minha série de livros Como Testar Componentes. Nesta série ensinamos como testar muitos componentes e no site o leitor encontrará outros artigos. Neles também encontramos outras versões para testes de operacionais.
O que são
Os amplificadores operacionais são circuitos integrados destinados a amplificação de pequenos sinais. Originalmente criados para realizar operações matemáticas em computadores analógicos esses componentes hoje são utilizados numa infinidade de aplicações práticas sendo encontrados com milhares de designações diferentes. Na figura 1 temos o símbolo adotado para a representação de amplificador operacional comum.
Conforme podemos ver, os amplificadores operacionais possuem uma entrada inversora (-), uma entrada não inversora (+) e uma saída. Na operação normal, os sinais aplicados à entrada não inversora aparecem amplificados com a mesma fase na saída e os sinais aplicados à entrada inversora aparecem amplificados na saída, mas com a fase invertida, conforme mostra a figura 2.
Podemos aproveitar esse princípio de funcionamento para elaborar um simples circuito de teste que pode ser montado facilmente numa matriz de contactos conforme mostra a figura 3.
Esse circuito permite testar um amplificador numa configuração com ganho 10, tendo sido simulado no MultiSim com as formas de onda correspondentes.
Para testar com esse circuito é preciso conhecer as tensões máximas e mínimas de alimentação do circuito integrado e também seus pinos de entradas, saída e alimentação.
Alguns possuem pinos adicionais de compensação de frequência, offset que em muitos casos não precisam ser considerados, mas em caso de dúvidas a posse da folha de dados do componente é importante para se elaborar um circuito de teste.
O que testar
O que podemos fazer no teste básico é variar a tensão de entrada de uma das entradas, mantendo a outra fixa (referência) de modo que possamos verificar o que ocorre com a tensão de saída, monitorando o resultado num LED, num multímetro..
Também podemos montar o circuito de prova e fazer um teste dinâmico, observando a forma de onda do sinal de saída num osciloscópio como na simulação.
Instrumentos Usados
• Circuito de prova e LED
• Multimetro
• Gerador de funções ou sinais e osciloscópio
a. Teste com Circuito Básico
Esse circuito tem a vantagem de fazer um teste dinâmico em regime de corrente contínua para o amplificador operacional.
Importante
Observamos que existem muitos circuitos integrados que consistem em amplificadores operacionais duplos ou quadruplos. Assim, o teste deve levar em conta que precisamos repetir a configuração indicada para cada um dos amplificadores contidos no invólucro.
Procedimento
a) Monte o circuito de prova mostrado na figura 4, alimentando-o com pilhas, bateria ou fonte, respeitando as tensões que o componente exige para um funcionamento normal.
b) Se usar multímetro coloque-o numa escala de tensões contínuas que permita ler a tensão de alimentação do circuito. Se usar LED, certifique-se que ele está ligado com a polaridade correta.
c) Coloque o potenciômetro numa de suas extremidades (todo aberto ou todo fechado).
d) Girando vagarosamente o potenciômetro, observe o LED ou a agulha do multímetro.
A figura 4 mostra como fazer essa prova.
Interpretação da Prova
Se, ao chegar na metade do giro do potenciômetro (aproximadamente), houver uma rápida transição da agulha do multímetro (passa de zero a tensão máxima ou vice-versa) ou ainda o LED apaga ou acende, então o amplificador operacional está bom. Se nada acontecer com os indicadores (LED ou multímetro) em todo o movimento do potenciômetro, então o amplificador operacional se encontra com problemas.
b. Medidas de Tensão
O teste com medidas de tensão é feito da mesma forma que no teste geral de circuitos integrados. Medimos as tensões nos diversos terminais, comparando-as com as que são indicadas num diagrama ou folha de dados. Se as tensões estiverem alteradas em algum pino, antes de culpar o circuito integrado, teste os componentes ligados a esse pino.
c. Prova Dinâmica com Osciloscópio
A prova dinâmica de um amplificador operacional que trabalhe com sinais alternados pode ser feita no próprio circuito em que ele se encontra, ou ainda com um circuito de prova, como o mostrado na figura 5.
A vantagem do uso do osciloscópio é que podemos tanto determinar o seu ganho como também verificar eventuais distorções. O circuito usado tem um ganho de 100 vezes, o que é suficiente para se avaliar o funcionamento do amplificador nas aplicações convencionais. Observe a necessidade de se usar uma fonte simétrica para sua alimentação. A tensão vai depender do amplificador operacional testado.
Procedimento
a) Ajuste o gerador de funções para produzir um sinal senoidal de 1 kHz com 10 mV de amplitude.
b) Aplique o sinal na entrada do circuito de prova. Observe bem o aterramento da ponta de aplicação do sinal.
c) Ajuste o osciloscópio para observar sinais na freqüência de 1 kHz com amplitude de 1 V aproximadamente. Observe as formas de onda obtidas no osciloscópio.
Na figura 6 temos as formas de onda obtidas no teste.
Interpretação da Prova
O sinal obtido na saída deve ter uma amplitude de 1 V sem distorções se o amplificador operacional se encontrar em boas condições. Menor amplitude ou uma distorção do sinal indica problemas com o componente.
1. Comparadores de Tensão
Os comparadores de tensão nada mais são do amplificadores operacionais de alto ganho. Conforme mostra a figura 7, esses circuitos integrados possuem duas entradas (inversora e não inversora) e uma saída.
No teste dinâmico com circuitos de prova devemos apenas levar em conta que alguns comparadores, como os LM339, exigem resistores pull-up, pois os transistores de saída, conforme mostra a figura 8, têm o coletor aberto.
Para os testes de tais componentes, que podem ser feitos exatamente da mesma forma que no caso de operacionais, deve-se ter a fiolha de dados, para se verificar a necessidade ou não desse resistor.
Observação
Os testes são feitos com fonte simples, com boa filtragem. Nada impede, entretanto, que o circuito de prova possa ser modificado para usar uma fonte de alimentação simétrica. Isso também é válido para o caso dos amplificadores operacionais. Também devemos observar que muitos circuitos integrados contém dois ou mais comparadores no mesmo invólucro. Nestes casos os testes devem ser feitos com os comparadores um a um.
