Conheça o Amplificador Operacional 741 – Parte 2 (ART1726)

Na primeira parte deste artigo analisfamos as características gerais dos amplificadores operacionais e seus circuitos. Neste artigo, continuaremos com nossas explicações, mas agora focalizando o 741, o mais importante de todos os amplificadores operacionais.

O amplificador operacional é fabricado por diversas indústrias de componentes, podendo receber prefixos que indicam o fabricante.

Temos então os seguintes exemplos:

MC7141 – Motorola

uA741 – Philips, Fairchild, etc.

SN72741 – Texas Instruments

CA741 – RCA, SID, etc.

Temos também algumas versões que não apresentam o 741 no número, como:

TBA222

TBA221

A configuração básica deste componente é mostrada na figura 1.

Figura 1 – Símbolo e invólucros

O invólucro metálico redondo de 8 pinos já não é mais fabricado, mas se o leitor encontrar um em algum aparelho antigo e quiser reaproveitar, é bom conhecer a pinagem.

Também existem as versões SMD para montagem em superfície, bem mais modernas e que podem ser encontradas em alguns equipamentos.

Existem também versões duplas e quádruplas do 741, ou seja, componentes que em seu interior apresentam dois ou quatro amplificadores operacionais equivalentes ao 741 como:

MC1458 – Motorola

CA1458 - diversos

1458 – National

As características do 741 são dadas na tabela abaixo, podendo variar conforme o fabricante.

Tensão Máxima de alimentação +Vcc = 18 V / -Vcc -18V

Tempo de duração de curto-circuito na saíra:ilimitado

Potência de dissipação : 500mW

Amplificação 20.000 (min) 200.000 (tip)

Resistência de entrada: 300 kohms (min)/ 2 Mohms (tip)

CMRR: 70 dB(min) 90 dB (max)

Corrente de curto-circuito na saída 25 mA (tip) / 40mA (max)

Veja no artigo anterior o significado de algumas destas características.

Na figura 2 temos o circuito equivalente interno deste componente.

Figura 2 – Circuito equivalente

Vamos analisar melhor as características obtidas especificamente para o circuito integrado 741.

a) Tensão de alimentação

Os valores +Vcc e – Vcc de 18 V significam que na alimentação simétrica ou simples, entre os pinos 7 e 4 não deve aparecer tensão maior que 36 V. E, em relação à referência de 0 V, a tensão maior que 18 V tanto no sentido positivo como negativo.

O 741 possui uma proteção interna contra curto-circuito na saída, a qual limita a corrente e também o aquecimento que poderia causar sua queima.

b) Amplificação

Já indicamos que o valor médio do ganho de tensão deste componente é de 100 000 vezes, eventualmente indicado em dB.

Na prática, entretanto, de um componente para outro ele varia muito, ficando tipicamente entre 20 000 e 200 000.

Uma idéia é sempre fixar num circuito o ganho em no máximo 20 000 vezes, de modo a não termos problemas com a tolerância do componente.

c) Resistência de entrada

A resistência de entrada é também outra característica que flutua bastante para o caso do 741.

A Texas Instruments, por exemplo, garante uma resistência mínima de entrada de 300 000 ohms, com um valor típico de 2 M ohms, mas muitos fabricantes indicam 1 M ohms com valor médio.

d) CMRR

CMRR é o acrônimo para Common Mode Rejection Ratio ou Relação de Rejeição em Modo Comum. Trata-se de uma característica dos amplificadores operacionais.

Quando dois sinais da mesma amplitude, freqüência e fase são aplicados às entradas (inversora e não inversora) de um operacional eles devem se cancelar e nenhuma saída deve ocorrer.

Na prática, entretanto, um pequeno sinal ainda aparece, sendo especificado em relação ao ganho máximo em termos de atenuação ou rejeição em dB.

Na figura 3 mostramos o que ocorre.

Figura 3 – Rejeição em modo comum

A capacidade do operacional em rejeitar estes sinais iguais é a rejeição em modo comum e é medida em dB.

Os tipos comuns podem ter CMRR de até 90 dB.

O amplificador ideal tem saída nula quando as intensidades dos sinais de entrada são as mesmas, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – o CMRR Ideal

Na tabela abaixo uma conversão de ganho para dB para o CMRR.

e) Corrente de Curto Circuito

Quando a saída é curto-circuitada à terra, conforme mostra a figura 5, sua intensidade é limitada por um circuito interno do 741.

Figura 5 – A corrente de curto-circuito

Para este componente, a corrente máxima normalmente estará entre 25 e 40 mA.

O valor exato varia de componente para componente, devido às suas tolerâncias.

f) Corrente de alimentação

É a corrente que o 741 drena da fonte para seu próprio funcionamento, não incluindo a corrente dos circuitos que ele excita, ou seja, ligados à sua saída.

Também temos uma faixa de valores de 1,7 mA a 2,8 mA devido às tolerâncias dos processos de fabricação.

Aplicações

No nosso site temos uma enorme quantidade de circuitos que se baseiam no 741, bastando digitar seu nome no nosso mecanismo de busca.

Em especial recomendamos os artigos da seção Banco de Circuitos, Circuitos Simulados e Banco de Circuitos que, em sua maioria são bastante simples.

É claro que, para trabalhar com o 741 precisamos de uma fonte de alimentação.

Na figura 6 temos sugestões de fontes que podem ser elaboradas com pilhas ou baterias, ou ainda conectadas à rede de energia.

Figura 6 – Fontes simétricas para o 741

O transformador pode ter secundário de 6 a 9 V com corrente de 200 a 500 mA e primário de acordo com a rede local.

Podemos então dar alguns projetos simples para entender como funciona o 741.

Aplicações Práticas

Num amplificador DC, o ganho do 741 (assim como de qualquer operacional) é fixado pela relação entre o resistor de realimentação e o resistor de entrada.

Veja mais em nossa seção de Matemática Para Eletrônica.

Na figura 7 temos então um circuito prático com os ganhos dados pelos componentes conforme a tabela abaixo.

Figura 7 – Circuito prático

Na parte prática, podemos usar um LED para indicar a amplificação e um potenciômetro para gerar as tensões que devem ser amplificadas, conforme mostra a figura 8.

Figura 8 – Circuito com LED

Na figura 9 temos a montagem deste circuito numa matriz de contatos.

Figura 9 – Montagem em matriz de contatos

Na montagem, observe a posição do circuito integrado.

Neste circuito, o movimento do potenciômetro faz com que inicialmente um dos LEDs fique aceso (saturado).

Quando ele entra na faixa de funcionamento linear, o LED reduz o brilho até apagar e o outro aumenta de brilho até saturar.

Esta variação se faz de acordo com a curva da figura 10.

Figura 10 – Curva de operação

Podemos elaborar um sensor de luz usando como sensor um LDR e assim demonstrar de uma maneira interessante o funcionamento do amplificador operacional 741.

O circuito proposto é mostrado na figura 11.

Figura 11 – Circuito com LDR

Este circuito funciona como um comparador de tensão, com a tensão de um dos terminais de entrada fixada em metade da tensão de alimentação.

Ajustamos P1 para que a tensão no divisor formado por este componente e o LDR sob determinada iluminação se iguale à tensão de referência, metade da tensão de alimentação.

Quando isso ocorre, os dois LEDs ficam apagados.

Quando iluminamos o LDR a tensão se altera num sentido e um dos LEDs acende.

Quando fazemos sombra sobre o mesmo LDR, a tensão se altera noutro sentido e com isso o ouro LED acende.

O mesmo circuito pode ser montado com uma fonte simples de alimentação, conforme mostra a figura 12.

Figura 12 – Circuito com fonte simples

O funcionamento é o mesmo da versão anterior.

Um circuito em que o 741 é configurado para ganho unitário (seguidor de tensão) e com isso o acendimento dos LEDs é suave, é mostrada na figura 13.

Figura 13- Versão com seguidor de tensão

Conforme mostra a figura 14, a curva de transição para os acendimentos dos LEDs é mais suave, com o ponto de saturação mais longe do cursor do potenciômetro.

Figura 14- Curva para a versão com ganho unitário

Um outro circuito prático que pode ser testado com uma saída de LEDs é o mostrado na figura 15.

Figura 15 – Circuito de ganho variável

Nesta configuração, o ganho é controlado pelo potenciômetro de realimentação.

A montagem para o circuito da figura 15, usando uma matriz de contatos é mostrada na figura 16.

Figura 16 – Montagem em matriz de contatos

Para acionamento de um relé, temos o circuito mostrado na figura 17.

Figura 17 – Circuito para acionamento de relé

Este circuito é para relés de12 V com uma corrente de bobina de 50 a 100 mA.

Veja que a fonte neste caso não é simétrica, no entanto o circuito também pode ser modificado para operar com fonte de 6 + 6 V.

Nele, o acionamento do relé ocorre quando a saída do operacional se torna positiva.

Para um acionamento com tensão negativa, pode ser usado o circuito da figura 18.

Figura 18 – Acionamento com tensão negativa

A diferença está no uso de um transistor PNP e a corrente do relé também pode ficar entre 50 e 100 mA tipicamente.

Conclusão

Não há limite para o que pode ser feito com o tradicional 741 e suas versões duplas e quádruplas.

Tudo depende da imaginação do leitor e das idéias que damos neste site.