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TEVISTA-CURSO

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T AGORA VOCÊS VÃO A APRENDER A ME | USAR E ME “ABUSAR! 2

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- OS CIRCUITOS INTEGRA- DOS (3º PARTE) - Ampil- ficadores Operacionais - O

“741 devidamente '“'mastigado””, estrutura, parâmetros, circuitagem típica e utilização prática!

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E: e | anã = Na Seção de CARTAS, va-

liosas explicações comple- mentares, aos “ALUNOS”!

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EDITORA

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Diretores Carlos W. Malagoli Jairo P. Marques Wilson Malagoli

Diretor Técnico Bêda Marques

Colaboradores José A. Sousa (Desenho Técnico) João Pacheco (Quadrinhos).

Publicidade KAPROM PROPAGANDA LTDA. (011) 223-2037

Composição KAPROM

Fotolitos de Capa DELIN (011) 35-7515

Foto de Capa TECNIFOTO (011) 220-8584

Impressão EDITORA PARMA LTDA.

Distribuição Nacional c/Exclusividade | DINAP

Distribuição Portugal DISTRIBUIDORA JARDIM LTDA.

ABC DA ELETRÔNICA (Kaprom Editora, Distr. e Propa- ganda Ltda - Emark Eletrônica Comercial Ltda.) - Redação, Admi- nistração e Publicidade: Rua Gal. Osório, 157 CEP 01213 São Paulo - SP Fone: (011) 223-2037

EDITORIAL

- PÔIE EU QUE PENSEIQUE |

TINHA CONSEGUIDO FQ O <p COM ESSA REVISTA,

DE UMA VEZ...

PRÁ VARIAR, VOCÊ DANÇOU, QUEIMADINHO! AQUI ESTAMOS (A TURMA TODA) NOVAMENTE NA ATIVAI

RECOMEÇO...? CONTINUAÇÃO...?

Uma séria e problemática conjugação de fatores ocasionou uma “parada” no nosso “Curso” por alguns mêses (durante pouco mais de um semestre “letivo””, a Escola ficou - infelizmente - fechada...). Entre tais fatores negativos, destacamos a terrível crise econô-

- mica que se abateu sobre nosso povo e sobre nosso País, enfatizando no segundo semestre de 92 uma situação absolutamente insustentável para qualquer empreendimento, desde os “macro”, até os “micro” (como é o caso de ABC, uma publicacão quase que “exclusiva” - ao lado da “irmã”, APE - de Editora pequena, especialmente dedicada à área...). Outro fator que muito pesou na decisão - dura,.mas inevitável - de “parar” por uns tempos, foi O sofrível esquema de distribuição da Revista, que simplesmente não conseguia atingir os Leitores/“ Alunos” residentes nas localidades mais afastadas desse imenso Brasil!

Como o poder aquisitivo dos frustados “Alunos” reduzido a “titica de galinha”, aliado à “não chegada” da Revista/Curso aos rincões onde se “escondem” grande parte de nossos Leitores, o retorno financeiro atingiu patamares mínimos, absolutamente aquém do suportável (esse ponto se deu em meados do ano passado...). Fomos, então, obrigados a dar um “breque” (profundamente entristecidos com isso, principalmente por que sabíamos do desamparo que seria sentido por todos os que - a duras penas - continuavam a acompanhar ficlmente a ABC).

Numa prova cabal e irrefutável de que (como sempre dissémos) aqui, em ABC, tm- do se faz muito mais por puro idealismo do que visando vantagens imediatas, cada um dos Leitores/“ Alunos” do ABC que - no momento da “parada?” - detinha a condição de Assi- nante, recebeu, pelo Correio, um cheque ou Vale Postal com valor (corrigido) correspon- dente às Edições a que ainda tinha direito, de modo que absolutamente ninguém “ficou no prejuízo” (e notem que tal atitude, embora seja a mais elementarmente recomendada pela Etica e pelo Direito, dificilmente - quase nunca - é adotada por editoras que, by surprise, suspendem publicações, deixando os eventuais Assinantes a “ver navios”, sem a menor satisfação, explicação ou compensação!). |

* Mas Vocês todos sabem que aqui ninguém é de “abrir as pernas” paía as intempé- ries da vida, para as dificuldades às quais jamais cederemos, de “mão beijada”... Durante todos esses mêses de “recesso”, de “férias forçadas”, não cessamos de lutar, batalhar pelo renascimento e continuidade da nossa tão querida ABC... AQUI ESTA O RESULTADO DE TODA ESSA LUTA: uma CONTINUAÇÃO e um RECOMEÇO!

ABC retoma o seu lugar e o seu espaço, dando sequência, sem “quebra” no “curri- culum””, ao nosso “Cursinho” básico de Eletrônica, nos exatos mesmos molde e estilo! Ainda que o horizonte não esteja totalmente desanuviado, se fazem sentir indícios de que a inquebrantável vontade e o inegável talento do nosso Povo estão - pouco a pouco - vencendo as dificuldades, e rearticulando os mecanismos econômicos do País, condições imprescindíveis para a estabilidade o crescimento que todos queremos (e precisamos...). E notem que atribuímos esses indícios de “renascimento” ao POVO, e NAO ao (com o perdão da palavra...) governo (assim mesmo, com minúscula, porque não tem na nossa máquina, letra menor para escrever palavrinha tão... deixa prá lá...).

Paralelamente, o esquema de distribuição de ABC foi - finalmente - assumido pelo mais eficiente e abrangente sistema nacional, a cargo da conceituadíssima DINAP, graças a cujo trabalho nossa Revista agora chega, rápida, simultânea e seguramente, a todos os pontos do território brasileiro, com a mais absoluta pontualidade! Simplesmente acaba- ram-se os problemas do tipo “o Leitor vai à banca, e a Revista terminou (porque foram entregues exemplares em número insuficiente), ou nem chegou (por ineficiência na distri- buição...)!

Com tal “renascimento”, em espectro ainda mais amplo do que o verificado no seu original “nascimento”, ABC passa a ser vista, lida e acompanhada por um Universo

ainda maior de Leitores/“Alunos”! Assim, aproveitamos para lembrar aos “recém-che-

gantes””, aos “calouros” do nosso “Cursinho”, que todas as “Aulas” (Exemplares) ante- riores (do 1 ao 15, contendo importantíssimas Lições Práticas e Teóricas sobre os fundamentos da Eletrônica...) estão disponíveis (“reprintamos”, inclusive, algumas

Edições que estavam esgotadas, de modo a poder atender a todo mundo...) e podem ser fa-

cilmente solicitados pelo Correio, usando-se o Cupom específico que o Leitor/““ Aluno” encontra em outra parte da presente ABC! Aproveitem, pois essa é uma Promoção de “re- lançamento”, cujas condições especiais têm prazo de validade (mais do que suficiente para completar a fase inicial da Coleção de “Aulas”, dos Leitores/“ Alunos” que agora to- maram conhecimento da nossa Revista/''Curso””). |

Aos novos “Alunos”, uma saudação... Aos “veteranos” um abraço de reencontro, feito aquele que se dão Alunos e Professores depois de prolongadas férias! Vamos em frente, exorcisando de vez a “maré” de problemas (que podem ter sido causados, como dizem os bonequinhos dos componentes - personagens constantes de ABC - por uma praga daquele danado do Queimadinho, o eterno safado atrapalhador...).

O EDITOR

É vedada a reprodução total ou parcial de textos, artes ou fotos que componham a presente Edição, sem a autorização expressa dos Autores e Editores. Os projetos eletrônicos, experiências e circuitos aqui descritos, destinam-se unicamente ao aprendizado, ou a aplicação como hobby, lazer ou uso pessoal, sendo proibida a sua comercialização ou industrialização sem a autorização expressa dos Autores, Editores e eventuais detentores de Direitos e Patentes. Embora ABC DA ELETRÔNICA tenha tomado todo o cuidado na pré-verificação dos assuntos teórico/práticos aqui veiculados, a Revista não se responsabiliza por quaisquer falhas, defeitos, lapsos nos enunciados teóricos ou práticos aqui contidos. Ainda que ABC DA ELETRÔNICA assuma a forma e o conteúdo de uma “Revista-Curso”, fica claro que nem a Revista, nem a Editora, nem os Autores, obrigam- se a concessão de quaisquer tipos de “Diplomas”, “Certificados” ou “Comprovantes” de aprendi- zado que, por Lei, apenas podem ser fornecidos por Cursos Regulares, devidamente registrados, autorizados e homologados pelo Governo. e.

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- TERMOSTATO DE PRECISÃO

E EU TAMBÉM ECNICO

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BARREIRA INVISÍVEL DE SEGURANÇA

(PARTE 3)

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3- OS CIRCUITOS INTEGRADOS

18 - CARTAS 22 - TRUQUES & DICAS

33 ARQUIVO T

38 45-

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INFORMAÇÕES

<L Z Lu seo rs o

PRATICA

TEORIA 11

Os Circuitos Integrados 3

" DETALHANDO O 741

NUMA INEVITÁVEL SEQUÊNCIA TEÓRICO-PRÁTICA DAS “LIÇÕES” SOBRE OS CIRCUITOS INTEGRADOS LINEARES, AMPLIFICADORES OPERACIONAIS, ESTUDAREMOS AGORA, A FUNDO, O MAIS FAMO-

SO DELES, O “ONIPRESENTE”, SUPER-VERSÁTIL E CONFIÁVEL 741 - APARÊNCIA, PINAGEM, ESTRUTURA INTERNA, ALIMENTAÇÃO, PARÂMETROS, CIRCUITAGEM TÍPICA E UTILIZAÇÃO DA SUA SAÍ- DA! UMA “AULA” COMPLETA SOBRE UM COMPONENTE “INFALTÁ- VEL” NA BANCADA DO ESTUDANTE, TÉCNICO OU ENGENHEIRO!

“Indo fundo” no detalhamen- to sobre as “espécies” e “famílias” principais dos Integrados, logo após falarmos sobre o funciona- mento e as aplicações dos chama- dos LINEARES (“ Aula” ante- rior...), O próximo e inevitável “degrau” é um detalhamento práti- co sobre o famoso 741... Comum, barato, versátil, confiável, multi- aplicável, “largo” na aceitação de parâmetros de alimentação e fun- cionamento, o 741 é - com todos os méritos - considerado o verdadeiro “nai” (ou - pelo menos - o “irmão mais velho”) de praticamente todos os lineares amplificadores opera- cionais atualmente existentes (em- bora antes do 741 tenham sido lan- çados alguns importantes represen- tantes da “família”, cujas vanta- gens e desempenhos, contudo, fo- ram “condensados” no dito cu- JO...).

Pela sua “onipresença” (o 741 “está em todas”, em termos de circuitos práticos, aplicativos, co-

merciais e industriais...) e pela sua condição básica na “família”, um estudo detalhado do citado Integra- do servirá também como alicerce teórico e prático para a totalidade do grupo representado pelos linea- res do tipo amplificador operacio-

nal... Assim, embora aparentemente o 741 seja o “dono” da presente *“* Aula”, na verdade ela é sobre to- do e qualquer operacional de uso

-geral (na Seção ARQUIVO TÉC-

NICO mostramos alguns outros re- presentantes da ““turma”...), blocos funcionais Integrados da maior im- portância!

Para que o Leitor/“ Aluno” possa situar-se solidamente no as- sunto, vamos inicialmente caracte- rizar bem o que é um AMPLIFI- CADOR OPERACIONAL: esse é o nome técnico dado a blocos cir- cuitais (geralmente baseados em transístores integrados bipolares, mas também alguns recorrendo a transístores internos de efeito de campo...) amplificadores de Tensão, estruturados para elevado ganho e garantida linearidade, do- tados de uma única Saída, porém com duas Entradas, sendo uma in- versora e outra não imversora (rever a “Aula” anterior...). Podendo-ser alimentados (geralmente em ampla gama de Tensões) por fontes “úni- cas” ou “divididas” (split), os Amp.Ops. são efetivamente usados desde como simples amplificadores (inversores ou não...) ou como “amplificadores diferenciais”? (comparadores), tanto em CC quan-

to. em CA (sua gama de Frequên- cias é muito boa...), além do que, as facilidades de pinagem para acessar realimentações controladas (veremos, no decorrer da presente “Aula”...) permitem também sua prática e fácil utilização como osci- ladores, “filtros sintonizados”, “chaves eletrônicas” acionadas por nível (de Tensão), etc. |

AMPLIFICADOR OPERACIONAL 741

Preço relativamente baixo, fa- cilidade de aquisição (um “monte” de fabricantes o produz, e a oferta no varejo é constante...) e simplici- dade na utilização fazem - como foi insinuado - do 741 um verda- deiro “burro de carga” (no bom sentido) entre os Amp.Ops. No de-

“correr do nosso “Curso” (que não

tem “fim”, nem “Diploma”, como sabem os “Alunos”...) o Leitor terá inúmeras oportunidades de convi- ver com o 741, aplicando-o em vá- rias aplicações e montagens práti- cas... Sabendo “de tudo” sobre o “bichinho”, o “Aluno” também não encontrará dificuldades em rea- lizar Experiências e tentar criar projetos próprios com o citado In- tegrado... Sua robustez elétrica (pa- ra “queimar” o 741 o “cara” tem que ser um autêntico “tarado elétri- co”...) também o qualifica como componente ideal para uma ini- ciação aos Integrados.

- FIG. 1 - APARÊNCIA E PINA- GEM - O 741 é normalmente apresentado num invólucro DIL (com duas “linhas” de pinos) de 8 “pernas”, 4 de cada lado do seu

TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

corretamente acessar os blocos in- ternos do componente. Obviamen- te que, além disso, cisamcs também saber os PARAMETROS e LIMITES do Integradc, assun- tos que veremos logo adiante... Por enquanto, vamos dar uma olhada “mais dentro” do 741, numa análise básica dos seus mó- dulos e blocos internos...

- FIG. 3 - OS BLOCCS INTER- NOS DE UM 741 - Basicamente, todo Amplificador Operacional (como o 741...) é formado inter- namente por um bloco de entrada,

“na forma de um amplificador dife- rencial, dotado de duas entradas, uma inversora e uma não inverso- ra, seguindo-se um bloco para controle da compensação ou off- set (através do qual podemos, ex- ternamente, “forçar” um ““zera- mento” na saída - detalhes mais adiante...) e driver (excitação), fi- nalmente tudo ““desembocando” num amplificador de saída, do ti- po: complementar (permitindo a excursão do sinal na saída, “para cima” ou “para baixo” de um “zero” nominal ou referencial...). Notem os Leitores/“ Alunos”, que tanto na figura anterior (2) quanto na presente, toda a identificação numérica dos pinos está lá, indi- cada dentro dos pequeros círcu- los... Na fig. 3, contudo, vemos uma linha denominada “comum”, “terra” ou “zero volt”, em cujas extremidades estão também pe- quenos círculos, sem a indicação numérica de “a qual pino” se re- ferem... A explicação é simples:

nome” (cu o “prenome”...) do fabricante...

“corpinho” retangular... Notem que existe também o 741 em invó- lucro metálico, redondo, porém trata-se de componentes ““super- especificado”, para aplicações in-. dustriais e militares, normalmente: não disponível para nós, “simples mortais”, a preços ““aguentá- veis”... Quanto à identificação da pinagem, conforme explicamos nas “Aulas” iniciais sobre os In- tegrados, ela é feita a partir da simples- “numeração” ou “conta- gem” dos pinos, adotando-se para isso o procedimento convencio- nal: observando-se a peça por ci- ma, OS pinos são numerados, de 1 a 8, em sentido anti-horário (pro- gredindo “contra” o movimento dos ponteiros num relógio analó- gico...), a partir da extremidade . marcada com um pequeno chan- fro, ponto ou marca pintada. Quanto ao código identificatório do componente, como são muitos os fabricantes que o produzem, embora o “coração” numérico (741) esteja presente em todas as codificações “de fábrica”, é co- mum que apareçam prefixos ou sufixos, na forma de ““letras”” ou “números” outros.

- FIG. 2 - CONFERINDO A PI- NAGEM (FUNÇÕES E PARÁ- METROS) - O bloco triangular visto na figura constitui a maneira convencional de representar um: módulo amplificador nos esque- mas e diagramas de circuitos... O Leitor/“ Aluno” verá muitas vezes essa estilização, ao longo do nos- so “Curso”... Observando a ilus- tração, vamos relacionar pinos e funções, para que não fiquem dú- vidas ao Leitor/“ Aluno”, durante eventual utilização prática do In-

tegrado:

conexão do cortrole de OFF-SET

entrada inversora

entrada não inversora negativo da alimentação

conexão do controle de

OFF-SET

saída

positivo da alimentação sem ligação (pino “morto”)

uA741, LM741, NE741, MC741, CA741, etc., todos equivalentes diretos, tratando-se de “7)41”s comuns, apenas usando o ““sobre-

Exemplos:

Assim como ocorre com todo e qualquer Integrado, o fundamental é sabermos a função de cada pino, sem cujos dados não podemos

ESTA É A MANEIRA MAIS COMUM DE ME REPRESENTAR!

essa “linha de terra” corresponde ao “comum”? da alimentação ex- ternamente aplicada, fazendo par- te, portanto, do arranjo circuital onde o Amp.Op. ser aplicado, corforme explicaremos logo adiante... Normalmente o 741 (e todos os Amp.Ops.) são energiza- dos por fontes “divididas” (split, em inglês...), constando de uma linha positiva (+V), uma negativa (-V) e uma linha de “terra”,

também chamada de “comum”,

ou de ““zero volt”... Essa especial configuração das linhas de ali- mentação permitem - como foi dito - que tanto o nível quanto a

própria polaridade do sinal obtido |

TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

na saída do Operacional possam “deslocar-se” tanto “para cima” quanto “para baixo” de um “ze- ro” nominal ou referencial (quem não se lembra desse “negócio” de “referencial de zero” deve reler a “Lição” teórica da “Aula” 13 do ABC...). Veremos, nas abor- dagens práticas, que também é possível fazer um Amp.Op. fun- cionar corretamente sob alimen- tação ““única””, desde que ““falsi- fiquemos” uma “divisão” nesse bloco de alimentação... Logo de- pois de fazermos uma análise dos PARÂMETROS e LIMITES do 741, falaremos com mais detalhes sobre as possibilidades práticas de alimentação desse Integrado...

00060 PARÂMETROS E LIMITES

Idealmente, um AMPLIFI- CADOR OPERACIONAL deveria apresentar uma impedância de en- trada (resistência “vista”” pelo sinal aplicado...) infinita, um ganho (fa- tor de amplificação) também infini- to, uma faixa de Frequências infini- ta e uma impedância de saída “ze- ro”... É óbvio, porém, que inevitá- veis limitações “físicas” e indus- triais, colocam tais parâmetros, na

realidade, em condições “não ideais””, matematicamente falando.

Essas limitações, contudo, não 1n- validam os excepcionais “dotes” do 741... Vamos ver, item por item, os principais parâmetros e limites do dito Integrado, assim como al- guns comentários sobre a sua im- portância individual:

- IMPEDÂNCIA DE ENTRADA - Pode ser considerada como a Re- sistência “vista” ou “encontrada” pelo sinal que é aplicado, a ser amplificado. O parâmetro tem grande importância no perfeito “casamento” com estágios ante- riores, “fornecedores” do sinal ou nível a ser amplificado. As entra- das de um 741 mostram elevada impedância, em torno de IM (O- peracionais com entradas FET mostram impedâncias de entrada ainda mais elevadas, atingindo centenas de megohms...).

- IMPEDÂNCIA DE SAÍDA - O

CIRCUITO, PODEMOS ANALISÁ-LO, INTERIOR- MENTE EM BLOCOS...

AMPLIF DE ENTRADA (DIFERENCIAL)

AMPLIF. DE SAÍDA (COMPLEMENTAR)

LINHA "COMUM" OU “TERRA' (ZERO VOLT)

“Aluno” pode considerar como sendo o “*valor resistivo” intrín- seco e interno, através do qual se “desenvolve” a Tensão de saída, amplificada pelo Operacional. O parâmetro tem grande im- portância na perfeita ““transferên- cia” do sinal, amplificado, aos estágios “posteriores”, que vão “utilizar” o sinal... A saída do 741 mostra impedância muito bai- xa, tipicamente em torno de 100 ohms, | CORRENTE DE ENTRADA - Os Amplificadores Operacionais são amplificadores de Tensão, en-

tretanto, fica óbvio que uma de-

terminada Corrente tem que se desenvolver nas Entradas, tendo em vista a relação entre a Tensão do sinal aplicado, em função da Resistência (impedância) ““natu- ral” das tais entradas. Devido à elevada impedância, as Correntes de polarização das entradas, num 741, dificilmente ultrapassam 1 microampére. Isso é importante, pois denota que um 741, na práti- ca, quase nada “drena”, em ter- mos de Corrente (e, consequen- temente, de Potência...) dos está- gios que lhe fornecem o sinal a ser amplificado!

GANHO (FATOR DE AMPLI- FICAÇÃO) - Num Operacional, o principal limite que nos importa, quanto ao seu fator de amplifi- cação, é o ganho “em aberto”, ou seja, com o bloco trabalhando no seu máximo fator, desprovido de qualquer tipo de realimentação (detalhes mais à frente...) O 741 mostra um ganho “em aberto” tf- pico que pode atingir 100.000, ou seja: a Tensão do sinal aplicado à

entrada, surge na Saída multiph- cada por até 100.000! Lembrem- se, contudo (conforme foi ex- plicado quanto aos simples

transístores...) que “não se pode | tirar algo do nada” (nem fazer um |

cheque de um milhão, sobre uma Conta Corrente com saldo de al- guns cruzeirinhos...). Assim, a real Tensão mostrada na Saída é automaticamente limitada também pela própria Tensão de Alimen- tação... $

- FAIXA DE TENSOES DE ALI- MENTAÇÃO - São bastante am- plas as possibilidades de alimen- tação do 741, quanto às Tensões (o que, aliás, permite o fácil ““ca- samento”” do 741 com os parâme- tros dos inevitáveis componentes “periféricos”...). Geralmente um Amp.Op. trabalha sob alimen- tação “dividida”, “gêmea”... No 741, os limites típicos, inferiores e superiores, são +3/-3V e +15/-15V. Sob alimentação ““ú- nica”, tais limites se traduzem em 6V a 30V... Nas aplicações típi- cas, um 741 é normalmente ener- gizado por fontes capazes de for- -necer +9/0/-9V ou +12/0/-12V...

- GAMA DE TENSÕES NA EN- TRADA - A Tensão dos sinais aplicados às entradas de um Amp.Op. podem, normalmente, ir desde “*zero”” até um pouco abai- xo das voltagens simétricas da própria alimentação. Jamais, sob

hipótese alguma, devem ser apli- “cados às entradas, com Tensões |

que excedam às de alimentação (essa é uma das raras maneiras de se inutilizar um Amplificador Operacional...). Tipicamente o

nível dos sinais apostos às entra-

y TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3,

SS

das deve limitar-se em 1 ou 2 volts abaixo dos “tetos” estabele- cidos pela própria alimentação... Exemplo: alimentado por +12/- 12V, um 741 não deve receber, nas suas entradas, sinais “mais al- tos” do que uns 10V positivos, nem “mais baixos” do que cerca de 10V negativos...

- GAMA DE TENSÕES NA SAÍ-

DA - Em teoria (que “na prática,

sempre é outra”, conforme sabe-'

mos...) um Amplificador Opera- cional devidamente “saturado”, sob máxima excitação na entrada, deveria mostrar, na sua saída, um

nível de Tensão idêntico à da:

própria alimentação... Na prática, contudo, por limitações internas (entre elas as próprias quedas de Tensão naturais das junções semi- condutoras que perfazem os transístores internos...), a ex- cursão real, máxima, da Tensão de saída tambem fica limitada a cerca de 1 ou 2 volts “antes” das voltagens nominais de alimen- tação... Desse modo, um 741 ali- mentado por - digamos - +9/-9V pode mostrar, sob condições ex- tremas, na sua saída, Tensões en-

tre +7V e -7V, aproximadamen-..

te... (E, como dissemos atrás, “não adianta” contar com o ele- vadíssimo ganho para tentar so- brepassar tal limitação...).

- TENSÃO DIFERENCIAL DE ENTRADA (TENSÃO DE “ER-

RO” OU OFF-SET) - Com sua

estrutura de amplificador diferen- cial, teoricamente um 741 com suas duas entradas recebendo si- nal “zero” (nenhuma Tensão), deveria mostrar, na sua saída, também uma Tensão equivalente a “zero”, nula, uma vez que o blo- co na realidade amplifica a DI- FERENÇA entre as Tensões apli- cadas às suas duas entradas (mais detalhes, adiante...). Mas, tirando os olhos da Michelle Pfeiffer e as

pernas da Cláudia Raia, nada é

perfeito. Assim, “infugíveis”

desbalanceamentos internos fazem

com que as entradas “vejam” pe-

quenas diferenças de Tensão ex-

ternamente inexistentes... Isso,

multiplicado pelo “baita” ganho | do bloco, costuma ““saturar””, num

ou noutro sentido, a saída do Amp.Op. É por essa razão que

ionais “não compensados” (como o 741) são dotados de pi- nos que acessam um controle ““fi- no” das suas polarizações inter- nas, através dos quais - pelo uso

' de um simples potenciômetro ou

- podemos “forçar um zeramento” de Tensão na saída,

- possibilidade importante em apli-

cações de precisão...

FIG. 4 - ORGANIZAÇÕES TÍ- PICAS PARA A ALIMEN- TAÇÃO - Conforme falamos,

tipicamente a alimentação de um

Amplificador Operacional deve ser “dup q “simétrica” (“gê- mea”, com polaridades opos- tas...). Essa “divisão” (spht) da fonte se deve à frequente necessi- dade de um “'zero central” para referencial principalmente da Tensão de saída... Na fig. 4-A vemos então um arranjo típico pa- ra alimentação com pilhas ou ba- terias (o consumo intrínseco de Corrente de um 741 fica na faixa de 1 ou 2 mA - salvo a Corrente “nuxada” pela carga - o que o torna ideal para energização por pilhas ou baterias...), bastando -

por exemplo - ““amontoar” dois “tijolinho””. de 9V cada, para ob- ter os convenientes +9/0/-9V. Também não é difícil promover-se a alimentação do 741 a partir de uma fonte ligada à C.A. domici- liar (110/220V), estruturando a “coisa” conforme sugere (na sua configuração mais elementar...) a fig. 4-B: um transformador cujo secundário de baixa Tensão apre- sente um “'zero central” (9-0-9 ou 12-0-12...) certinho! Com a ajuda de diodos e eletrolíticos in- dividuais (para cada ladn da “di- visão” da fonte...) teremos o +V/0/-V que o 741 “gosta”, sem problemas... Notem o seguinte, quanto à tal “simetria” da fonte: embora em algumas aplicações menos críticas não haja a necessi- dade das Tensões de alimentação serem perfeitamente simétricas (exatos mais nove de um lado, e

exatos menos nove do outro, por exemplo...), para preservar a mais absoluta linearidade das manifes- tações de saída do Amp.Op. convém que a característica “gê- mea” das Tensões seja mantida... Quando isso for nítida e obrigato-

A oi

12-0-I2v

É ("TERRAS)

(PINOS)

FALOU EM “FONTE DE ALIMENTAÇÃO”, “Ó! NÓIS AÍ”... E EM DOBRO! É

TEÓRIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

riamente necessário, os dois “la- dos” da fonte poderão ser estabi- lizados e regulados - por exemplo - por Integrados específicos, tipo 7812/7912 ou equivalentes, com o que as duas metades da “banana split” ficarão seguramente idênti- cas... Nas aplicações menos “*no- bres” ou pouco rígidas, contudo, nada obsta que exista uma defa-

sagem de níveis reais de Tensão,

entre os dois ramos da fonte, de até 10% ou mesmo 20%... Sem “fanatismos”, portanto...

- FIG. 5 - FONTES SPLIT “FAL- SAS”... - Às vezes a aplicação permite considerarmos válida uma excursão do sinal de saída apenas num “sentido” ou polaridade... Nesse caso, podemos facilmente “falsificar” uma fonte split a par- tir de uma fonte única, dividindo “artificialmente” a alimentação por uma -das maneiras indicadas na figura! Em 5-A temos um “truque” puramente resistivo, empilhando-se RA e RB (ambos de idêntico valor), com o que te- remos dois “ramos” de Tensão, cada um compreendendo metade da Tensão original da bateria B, em torno de um “zero” central “falso”, porém eletricamente vá-

VE

SÃO MANEIRAS DE SE “DIVIDIR” UMA ALIMENTAÇÃO “ÚNICA”...

ig.5

(A) - (PINO 4)

+ NE (PINO 7)

Ta (PINO 4)

lido para a aceitação do 741, em muitas aplicações... ATENÇÃO, contudo: não esquecer que o “to- tem” resistivo formado por RA e RB será percorrido por Corrente, diretamene proporcional à Tensão da fonte B, e inversamente pro- porcional à soma dos valores re- sistivos empregados! Isso, se nos valermos de resistores de baixo valor, poderá ocasionar dreno ex- cessivo de Corrente, com o que a bateria B ““miará” em pouquíssi- mo tempo! Nos circuitos típicos, os valores de RA e RB costumam ficar entre 4K7 e 100K, cada, de

| modo a manter a Potência consu-

mida da bateria em níveis aceitá- veis... O arranjo 5-B mostra uma segunda opção, com a qual é possível obter uma melhor estabi- lidade e “segurança” de valores de Tensão... No caso, um dos “ramos” do divisor é formado não por resistor, mas sim por dio- do zener, cuja Tensão nominal deve situar-se em valor tão pró- ximo quanto possível da metade de VE (Tensão geral de entrada, fornecida pela fonte única...). No- tem que, também nesse caso, o cálculo do valor de R deverá le-

var em conta não os parâme-

tros e limites do próprio zener

AS DUAS ENTRADAS “OPOSTAS”, PERMITEM A FÁCIL UTILIZAÇÃO DO

AMP/OP. COMO COMPARADOR!

Dio

VR

AQUI “TEM COISA”... ALGUM FABRICANTE DE PILHAS “DANDO ALGUM POR FORA"...

ud

gn

(rever “Aula” 10...) como também o regime máximo de Cor- rente sob o qual desejamos que a fonte VE fique...

- FIG. 6 - CONEXÕES BÁSICAS

DE ALIMENTAÇÃO E UTILI- ZAÇÃO - O diagrama mostra as ligações típicas (a numeração dos pinos respectivos, incluída...) pa- ra alimentação e utilização de um Amplificador Operacional 741... Observem que tanto a Tensão de Saída (VS) quanto as de Entrada (VR e VA) são sempre referen- ciadas com relação à linha de “terra” (zero volt) e não com re- lação à linha do negativo da ali- mentação split (eventualmente, em casos especiais de alimentação por fonte única ou outros, pode- mos referenciar a Saída pela linha do negativo geral da alimentação - veremos adiante...). O importan- te é notar, desde já, que o 741 (todo o Amplificador Operacio- nal...) mostra, na sua Saída, uma Tensão proporcional à diferença entre as Tensões aplicadas aos seus dois terminais de Entrada... A fórmula básica diz:

VS = Ao (VA - VR)

Onde VS é a Tensão de Saída, Ao é o ganho (fator de amplificação), VA é a Tensão de “Amostra”, aplicada à Entrada Não Inversora (pino 3) e VR é a Tensão de “Re- ferência””, aplicada à Entrada In-

y 1 TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

versora (pino 2). Além dessa con- dição básica de funcionamento, convém lembrar três situações tf- , picas:

- Se sinais de idêntica Tensão fo- rem aplicados simultaneamente a ambas as Entradas (teoricamente) a Saída mostrará Tensão zero.

- Um sinal, ou nível de Tensão, aplicado à Entrada Inversora (pi- no 2) surgirá na Saída amplifica- do e invertido.

- Um sinal, ou nível de Tensão, aplicado à Entrada Não Inversora

(pino 3), surgirá na Saída amplifi-.

cado e não invertido.

Aplicando-se, via truques exter- nos muito simples, realimentação negativa controlada, podemos fi- xar ou programar o ganho de um Amp.Op., com grande precisão... Veremos isso mais à frente.

A organização circuital básica, “mostrada na figura, corresponde à de um COMPARADOR DIFE- RENCIAL DE TENSÃO... Se a Tensão de Referência (VR), apli- cada à Entrada Inversora (pino 2) for fixa e conhecida, podemos

aplicar uma Tensão de “teste” ou...

de Amostra (VA) qualquer à En-

trada Não Inversora (pino 3). Sea .

Tensão VA for apenas alguns mi- crovolts (notem a extrema sensibi- lidade do Amp.Op...) mais alta que VR, a Tensão de Saída (VS) “saturará”, atingindo valor pró- ximo (cerca de 1 ou 2V abaixo) da Tensão positiva de alimen- “tação... Por outro lado, quando VA for apenas alguns microvolts mais baixa do que VR, a Saída (VS) “saturará” no sentido nega- tivo, ou seja: mostrará um valor quase igual ao da linha negativa da alimentação (cerca de 1 ou 2V “acima” desta, como disse- MOS...).

- FIG. 7-O “ZERAMENTO” DA TENSÃO DE SAÍDA - Em tese, se as duas Entradas receberem idêntico nível de Tensão (e idên- tica polaridade também...), a Saf- da deveria mostrar uma VS igual a “zero”... Entretanto, o altíssimo ganho, aliado a pequeninos “des- casamentos” internos, faz com que as Entradas “vejam” Tensões

NÃO SERÁ DIFÍCIL VOCÊS REPRODUZIREM ESSE ARRANJO, EXPERIMENTALMENTE, NA “MESA

DE PROJETOS PARA C|.”, DA ABC 14...

levementes distintas, mesmo se levarmos ambas a “'zero””, con-= forme ilustra o diagrama... Esse minúsculo “erro de interpretação” pelas Entradas, faz com que um voltímetro de zero central, aplica- do entre o pino 6 e a linha de “terra” tenha seu ponteiro total- mente defletido para um lado (o que não deveria ocorrer num Amp.Op. matemática e teorica- mente ideal...).

- FIG. 8 - AJUSTANDO O OFF-

SET (“ZERANDO” A SAÍDA “NA MARRA”...) - Em muitas aplicações típicas, as próprias po- larizações e níveis reais, aplica- dos às Entradas, se encarregam de “colocar” o 741 “nos eixos”, quanto à posição da sua Tensão de Saída “em repouso”... Exis- tem, contudo, aplicações circui- tais de precisão que exigem um nítido zeramento na Saída, estan-

ESSE É UM JEITO SEGURO DE “ZERAR” A MINHA SAÍDA, EM

do as Entradas sob rigorosamente idênticas Tensões... Para nos aju- dar na COMPENSAÇÃO ou no chamado controle de OFF-SET (anulação da “Tensão de Erro”), estão lá, no 741, os pinos 1 e 5... Basta intercalarmos um trim-pot (ou potenciômetro) de 10K entre tais terminais, levando o cursor do componente ajustável à linha

"do negativo da alimentação. Gi-

rando lentamente o tal resistor va- | riável (em algumas aplicações su- | per-rigorosas podemos até aplicar um trimpot tipo “multi-vol- tas”...), compensemos as polari- zações internas do bloco driver do 741 (ver fig. 3) e levamos a Tensão de Saída realmente a “'ze- ro” (o que poderá ser indicado pelo ““centramento” do ponteiro, num voltímetro de zero central, conforme sugere o diagrama...), estando ambas as Entradas devi- damente ““aterradas”...

ESTÁGIO ANTERIOR

- FIG. 9 - FALANDO SOBRE AS (IMPORTANTES) IMPEDÂN- CIAS DE ENTRADA E SAÍDA - dissemos, quando comentamos os parâmetros e limites do 741, que a impedância nas Entradas é muito alta, e a de Saída muito baixa... Observem agora o dia- grama de blocos da figura, onde os símbolos RS codificam im- pedâncias “de saída'”, enquanto que RE indicam impedâncias “de entrada”... Para que haja perfeita “transferência?” de energia entre estágios anteriores, posteriores, e os respectivos terminais do 741, o ideal seria que a impedância de Saída (RS) do estágio anterior fosse igual à de Entrada (RE) do 741. Também conviria que a im- pedância de Saída (RS) do 741 ““batesse”” com a de Entrada (RE) do estágio seguinte... Nem: sempre tais “casamentos * são rigorosa- mente possíveis nos circuitos prá- ticos, portanto, a nível de apli- cações e projetos, devemos consi- derar o seguinte:

- A alta impedância de Entrada (RE) do 741 permite que o Amp.Op. não “carregue”, não “roube” muita energia dos even- tuais estágios anteriores (fornece- dores de sinal ou de nível de Tensão às Entradas do Amp.Op.).

- Quanto à Saída, desde que o está- gio seguinte (utilizador do sinal ou nível de Tensão amplifica- dos pelo 741) mostre impedância substancialmente superior a 100R, tudo bem... Não haverá como tal estágio . posterior “carregar” a Saída do Amp.Op. (o que poderia “denegrir” o nível real de Tensão mostrado pela tal Saída...).

ESTÁGIO DO AMP OP.

ESTÁGIO SEGUINTE

à de

CONFIGURAÇÕES CIRCUITAIS PICAS

À luz de tudo o que vimos sobre os Amp.Ops. em geral, e so- bre o 741 em particular, vamos

agora estabelecer os arranjos cir-

cuitais mais comuns, seus “com- portamentos”” e utilizações. Através da compreensão dessas configu- rações básicas, o Leitor/“Aluno” pocerá desenvolver inúmeras expe- riências, além de - no futuro - “re- conhecer” com facilidade os arran- jos nos eventuais circuitos práticos com 741 (ou com outros

Amp.Ops.). Observem, então, com

- atenção, sempre revendo os concei- tos até agora ensinados, se “pinta- rem” dúvidas...

NUM INVERSOR FECHADO, A REALIMENTAÇÃO NEGATIVA PODE SER “PROGRAMADA” PELOS VALORES DOS RESISTORES!

TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

- FIG. 10 - AMPLIFICADOR IN- VERSOR “ABERTO” - Nessa configuração, a Tensão de Saída será sempre invertida em função da polaridade do sinal aplicado à Entrada... Como a Entrada Não Inversora (pino 3) não é utilizada, promovemos sua ligação à “terra” (zero volt), para que não “pente- lhe”, eletricamente... O ganho (fator de amplificação) nesse ar- ranjo é simplesmente total, ““tu- do” o que o 741 é capaz de “dar”... Assim, alguns “caqui- nhos de volt”, positivos, na En- trada (pino 2) farão com que VS quase ao nível da Tensão ne- gativa de alimentação... Por outro lado, alguns “*ciscos de volt”, ne- gativos, como VE, levarão VS praticamente à Tensão positiva de alimentação... uma configu- ração, portanto, “radical” (e por isso mesmo raramente usada...) que, por exemplo, se colocarmos “*0,0001V”” (cem microvolts ne- gativos) como VE, teremos uma VS de 10V! Isso com o 741 ali- mentado por +12/-12V... O ar- ranjo é tão sensível que basta Você “olhar feio”, ou “por o de- do” na Entrada (pino 2), para O 741 “saturar”!

- FIG. 11 - AMPLIFICADOR IN- VERSOR “FECHADO” (COM GANHO CONTROLADO) - Essa

NUM ARRANJO INVERSOR ABERTO, NÃO REALIMENTAÇÃO NEGATIVA...

RR VSsINVER RR . SO DE vE( RE)

y TEORIA 11 - OS CIRCUITOS INTEGRADOS (PARTE 3)

é, provavelmente, a configuração mais usada com Amp.Ops., 741 incluído... Com o simples acrés- cimo externo dos resistores RR (RESISTORES DE REALIMEN- TAÇÃO) e RE (RESISTOR DE id po podemos ““progra- ", determinar com grande pre- isa o ganho ou fator real de amplificação de Tensão executada pelo 741...! De novo, como não é usado, o pino 3 (Entrada Não In- versora) é devidamente “aterra- do”... O ganho, no caso, é deter- minado pela simples fórmula:

Ou seja: o fator de amplificação (Ao) é equivalente ao valor (em ohms) de RR dividido pelo valor (em ohms) de RE... Assim - num exemplo, se dermos a RR o valor de 100K e a RE o valor de 1K, te- remos um ganho de “100”, fator pelo qual a Tensão aplicada à En- trada (VE) será multiplicada pelo 741, para ser então mostrada na Sáida (VS) e - não esqueçam - com polaridade invertida (já que o

arranjo é INVERSOR...). Nesse

caso, se aplicarmos - por exemplo

- uma Tensão de -0,03V (três cen- tivolts negativos) como VE, tere- mos uma VS igual a +3V (três volts positivos), com excelente precisão...! se colocarmos, co- mo VE, +0,1V (um décimo de volt positivos), obteremos uma

VS de -10V (dez volts negativos),

e assim por diante. Nunca se es- queçam, contudo: a Tensão real, “esperável”” na Saída, é automati-

ESTE É O NÃO INVERSOR FECHADO... O GANHO (ATRAVÉS DA REALIMENTAÇÃO POSITIVA)

TAMBÉM PODE SER FACILMENTE PROGRAMADO!

a

- mento e controle...

- FIG. 12 -

camente limitada pelas próprias Tensões usadas na alimentação... Para obtermos (conforme último exemplo) -10V como VS, a ali- mentação deve situar-se em +12V/-12V, pelo menos (consi-