Características elétricas do AmpOp - Parte I

Conforme vimos até agora, os amplificadores operacionais reais têm limitações e características diferentes do modelo ideal. Essas diferenças devem ser levadas em conta quando se utiliza o componente. Mas como saber as características de cada amp-op? Poderíamos medi-las para cada modelo que fôssemos utilizar? Sim, isso seria possível. No entanto, esse é um procedimento que requer equipamentos específicos e demanda tempo para que todas as medições sejam realizadas. Por isso, os fabricantes eletrônicos realizam as medições e as apresentam nos respectivos manuais. Cabe a nós, então, apenas consultar e entender o que são e como devemos utilizá-las.

 

Especificações de um CI amp-op

Até agora vimos o que é um amp-op ideal e real, como funcionam e também alguns circuitos e aplicações que utilizam esse componente. Nesta aula, iremos discutir alguns parâmetros de um CI amp-op.

O CI amp-op mais comumente utilizado é o 741. Existem várias empresas no mercado que fabricam esse componente, por isso é importante saber exatamente qual modelo está sendo usado para que se possa buscar informações no manual correto. Apesar de serem o mesmo CI, seus parâmetros podem variar de um fabricante para o outro, consequentemente, cada fabricante disponibiliza ao usuário o seu próprio manual (datasheet, em inglês). Além de quadros e gráficos contendo diversos parâmetros relacionados ao amp-op, esses manuais normalmente trazem exemplos de circuitos em que ele pode ser empregado. Vale salientar que normalmente essas informações estão disponíveis no site do fabricante e costumam estar apenas em inglês. A lista das principais fabricantes e o código de cada uma encontra-se no Quadro 1.

Fabricantes	Códigos
Fairchild	µA741
National	LM741
Motorola	MC1741
RCA	CA741
Texas	SN741
Signetics	SA741
Siemens	TBA221 (741)

Quadro 1 - Fabricante e códigos dos CIs 741.
Fonte: Autoria própria (2014)

 

Característica	Min.	Tip.	Max.	Unidade
Tensão de offset de entrada (Vio)		1	6	mV
Faixa de tensão de entrada de modo-comum (Vlcr)	±12	±13		V
Pico máximo de oscilação da tensão de saída (Vom)	±12	±14		V
Amplificação de tensão diferencial para grandes sinais (Avd)	20	200		V/mV
Fonte de corrente (Icc)		1,7	2,8	mA
Largura de banda de ganho unitário (B1)			1,2	MHz
Dissipação total de potência (Pd)		50	85	mW
Fator de overshoot (Tr)		5%
Taxa de subida em ganho unitário (Sr)		0,5		V/µs

Quadro 2 - Características elétricas do CI LM741.
Fonte: Manual do Fabricante (2000, p. 2).
Disponível em: http://web.mit.edu/6.301/www/LM741.pdf. Acesso em: 02 fev. 2016.

 

Primeiramente, é necessário citar que os parâmetros do Quadro acima foram obtidos a partir de testes feitos pelo fabricante utilizando VCC = ±15V1, TA = 25°C. Ao variar a tensão de alimentação do CI e/ou a temperatura ambiente à qual o CI está submetido, é possível que os valores exibidos no Quadro sofram alguma variação (para mais ou para menos).

Existem ainda outras características elétricas que não estão no Quadro 2, mas que podem ser relevantes para aplicações, por isso é importante conhecer todas elas ao projetar um circuito com esse componente. Agora vamos à explicação sobre cada um dos termos utilizados no último Quadro.

 

Tensão de offset, ou desequilíbrio, de entrada

Idealmente, a saída de um amp-op deve ser nula quando suas entradas estiverem em curto circuito. No entanto, em componentes reais encontramos a tensão de offset de entrada, que geralmente está na faixa de 1 a 100 mV. Nesse componente, ela é normalmente 1 mV, mas pode assumir valores maiores do que 6 mV. Ou seja, se as duas entradas forem conectadas ao terra do circuito aparecerá na saída um valor entre 1 mV e 6 mV, segundo dado fornecido pelo fabricante. A tensão de offset de saída é calculada com base no circuito utilizado. Se a pior condição possível for a de interesse, o máximo valor deve ser usado. Vale salientar que para efeito de cálculo de projeto, utiliza-se o valor típico.

 

Faixa de tensão de entrada de modo-comum

A Faixa de tensão de entrada de modo-comum indica o valor máximo em que a tensão de entrada pode variar para que não haja distorção na saída. Nesse caso, para uma alimentação de ±15 V temos que este parâmetro é tipicamente ±13 V e seu mínimo ±12 V. Convém frisar que tensões superiores a este valor devem ser evitadas.

 

Máxima oscilação de saída

A máxima oscilação de saída, ou pico máximo da oscilação de saída, representa uma limitação similar à anterior, mas, neste caso, em relação à tensão de saída. Portanto, indica o valor máximo que a tensão de saída pode assumir para uma alimentação de ±15 V. Nesse caso, a limitação é, no pior caso, de ±12 V e tipicamente ±14 V. Por esse motivo, a tensão de entrada deve ser limitada, levando em conta também o ganho do circuito, para que esses valores não sejam extrapolados.

 

Amplificação de tensão diferencial para grandes sinais

A amplificação de tensão diferencial para grandes sinais nada mais é que o ganho de tensão de malha aberta do amp-op, uma de suas características já estudada e entre as mais importantes já que a amplificação é a função primária deste componente. O valor máximo é de 20 V/mV ou 20.000 V/V, e o valor típico é de 200 V/mV ou 200.000 V/V.

 

Fonte de corrente

O parâmetro fonte de corrente especifica a quantidade necessária de corrente para o CI funcionar. Ou seja, esse CI tipicamente exige 1,7mA para seu funcionamento e, no pior caso, 2,8mA. Esse parâmetro é extremamente importante quando o projetista do circuito precisa dimensionar a fonte que alimentará o circuito.

 

Largura de banda de ganho unitário

A largura de banda de ganho unitário é uma medida convencional para representar a resposta em frequência do CI. Ela determina até em qual frequência o componente apresenta um ganho de tensão maior ou igual a 1. A partir dessa frequência, os ganhos são inferiores a 1, sendo assim, não têm utilidade. Nesse Quadro em questão, observa-se que o valor é de 1,2 MHz.

Outro conceito importante e muito utilizado na prática é a frequência de corte fc, em que o ganho cai 3 dB, ou aproximadamente 0,707*AVD. Podemos relacionar os dois parâmetros de frequência pela equação: