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Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes. Amplificadores Operacionais Introdução  Amplificador operacional ou amp – op  Amplificador diferencial de ganho muito.

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1 Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes

2 Amplificadores Operacionais Introdução  Amplificador operacional ou amp – op  Amplificador diferencial de ganho muito alto  Impedância de entrada muito alta e impedância de saída muito baixa  Normalmente são utilizados para obter variações na tensão (amplitude e polaridade)  Para osciladores, filtros e circuitos de instrumentação  Alguns tem estagio de amplificadores diferencias para produzir ganho muito alto de tensão.

3 Amplificadores Operacionais  Amplificador operacional de duas entradas e uma saída Entrada com terminação única

4 Amplificadores Operacionais Entrada (diferencial) com terminação dupla  Uma entrada V d aplicada nos dois terminais de entrada  Dois sinais separados são aplicados nas entradas V i1 - V i2

5 Amplificadores Operacionais Saída com terminação dupla  Um sinal de entrada aplicada a qualquer entrada resultara em saídas para ambos os terminais de saída com polaridades opostas

6 Amplificadores Operacionais Saída com terminação dupla  A figura mostra uma entrada com terminação única com uma saída com terminação dupla.  Um sinal é aplicado na entrada mais resulta em duas saídas amplificadas de polaridades opostas

7 Amplificadores Operacionais Saída com terminação dupla  A figura mostra uma entrada com uma saída única medida entre os terminais de saída (não em relação a terra).  Esta saída diferença é V 01 - V 02 também denominada sinal flutuante pois nenhuma saída é o terra  A saída diferença é 2 vezes maior que V 01 ou V 02 pois são polaridades opostas ou seja 10V – (-10V) = 20V

8 Amplificadores Operacionais Saída com terminação dupla  A figura mostra a operação entrada diferencial, saída diferencial  A entrada aplicada entre os dois terminais de entrada e a saída tomada entre os dois terminais de saída  Esta é uma operação completamente diferencial

9 Amplificadores Operacionais Operação modo comum  Quando os mesmos sinais de entrada são aplicadas a ambas a s entradas  As duas entradas são igualmente amplificadas e como produzem polarizações opostas na saída estes, se cancelam fazendo-se = 0  Na pratica verifica-se um pequeno sinal de saída

10 Amplificadores Operacionais Rejeição modo comum  Todas as sinais opostas na entrada se amplificarão muito na saída  Os sinais comuns nas entradas se amplificarão levemente  Isto acontece com o sinal ruído que é comum em todas as entradas

11 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum  Como a amplificação de sinais de entrada opostas é muito maior do que as entradas comuns o circuito fornece uma rejeição de modo comum descrita por um parâmetro chamado razão de rejeição de modo comum RRMC. Entradas diferencias  Quando entradas separadas são aplicadas ao amp-op, o sinal diferença resultante é a diferença entre as duas entradas Entradas Comuns  Quando os sinais são iguais o sinal comum as duas entradas é

12 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Tensão de Saída  V d = Tensão diferença  V c = Tensão Comum  A d = Ganho diferencial do Amplificador  A c = Ganho de modo-comum do Amplificador

13 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Entradas de Polaridades Opostas  Se as entradas de polaridades opostas são sinais idealmente opostos V i1 = -V i2 = V s a tensão diferença resultante é:  Enquanto a tensão comum resultante é:  A tensão de saída resultante

14 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Entradas de Mesma Polaridade  Se as entradas de mesma polaridade são aplicadas a um amp-op V i1 = V i2 = V s a tensão diferença resultante é:  Enquanto a tensão comum resultante é:  A tensão de saída resultante

15 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Rejeição de Modo Comum As relações anteriores fornecem informação para medir A d e A c em amp-op  Para medir A d faça V i1 = -V i2 = V s = 0,5 V tal que  Enquanto a tensão comum resultante é:  A tensão de saída resultante

16 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Rejeição de Modo Comum  Para medir A c faça V i1 = V i2 = V s = 1V tal que  Enquanto a tensão comum resultante é:  A tensão de saída resultante

17 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Razão de Rejeição de Modo Comum  Tendo obtido A d e A c podemos calcular a razão de rejeição em modo comum (RRMC) por:  O RRMC pode ser também expresso em termos logarítmicos por:

18 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Exe. Calcule o RRMC para o circuito das medidas mostrados

19 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Sol. Temos para a primeira fig. A d = V o /V d = 8V/1mV = 8000 Para a fig. 2 temos A c = V o /V c = 12mV/1mV = 12 Então o valor de RRMC é: RRMC = A d /A c = 8000/12 = 666,7 Podemos expressar a tensão de saída em termos de RRMC então temos Agora podemos dizer:

20 Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Exe. Determine a tensão de saída de um Amp-op para tensões de entrada Vi1 = 150μV e V2i = 140μV. O Amp-op tem um ganho diferencial de Ad = 4000 e o valor RRMC é: (a) 100 e (b) Sol: (a) (b)

21 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Temos como amp-op básico:

22 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

23 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

24 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico  Usando superposição pode-se resolver para a tensão V1 em termos das componentes devidas a cada um das fontes. Para a fonte V1 somente (- A v V i fixado em zero).  Para A v V i apenas (V i em zero)  A tensão total V i é:

25 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico  A qual pode ser resolvida para Vi como:  Se A v »1 e A v R 1 »R f como sempre acontece então:  Resolvendo para Vo/Vi obtemos:  De modo que:

26 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Ganho Unitário  Se R f = R i o ganho é:  O circuito fornece um ganho de tensão unitário com inversão de fase de 180⁰  Se R f é exatamente igual a R i o ganho da tensão é exatamente igual a 1.

27 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Ganho de Amplitude Constante  Se R f é algum múltiplo de R i o ganho é uma constante, por exe. Se R f = 10R i, então:  O circuito fornece um ganho de 10, com inversão de fase de 180⁰

28 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Terra Virtual  A tensão de saída é limitada pela fonte de tensão em tipicamente alguns volts.  Os ganhos de tensão são altos por ex. V o =-10 e A v =  O fato de que Vi ≈ 0 leva a um conceito de que na entrada do amplificador existe um curto circuito ou terra virtual  A figura a seguir descreve o conceito de terra virtual onde A v tem que ter um valor muito grande

29 Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Terra Virtual  Usando o conceito de terra virtual podemos ter:  A qual pode ser resolvida para V o / V 1 :

30 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Inversor  É o amplificador mais usado  A saída é obtida pela multiplicação da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R 1 e por R f.  A saída é invertida em relação a entrada

31 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Inversor  É o amplificador mais usado  A saída é obtida pela multiplicação da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R 1 e por R f.  A saída é invertida em relação a entrada

32 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Não Inversor  Note que a tensão através de R 1 é V 1 uma vez que V i ≈ 0  O mesmo vale para a tensão de saída que pode ser relacionada a V1 através do divisor de tensão entre R 1 e R f  O que resulta em:

33 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Não Inversor  Para determinar o ganho de tensão do circuito podemos utilizar (b) (b) (a)

34 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Seguidor Unitário  O ganho é exatamente 1 sem inversão de polaridade  É claro que V o = V 1

35 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Somador  O amplificador mais usado  Cada entrada adiciona uma tensão à saída acompanhada de seu correspondente fator de ganho

36 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador  Substituindo R f por C temos um integrador  Seu circuito equivalente com terra virtual (b) mostra que uma expressão para a tensão entre entrada e saída pode ser deduzida em função d acorrente I que flui da entrada à saída.

37 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador  A impedância capacitiva pode ser expressa como:  Onde s = jω é a notação de Laplace e resolvendo para V o / V i  Esta expressão podemos reescrever no domínio do tempo como:

38 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador  A capacidade de integrar um dado sinal da ao computador analógico a possibilidade de poder resolver equações diferenciais e, por tanto, resolver eletricamente operações de sistemas físicos análogos  A operação de integração é semelhante ao de somar  Mais de uma entrada pode ser aplicar ao integrador, com a operação resultante dada por:

39 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador  Um exemplo empregado no computador analógico é dado

40 Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Diferenciador  Proporciona uma operação útil obtendo-se as relações a seguir onde –RC é o fator de escala

41 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD  TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE ENTRADA V IO  A folha de especificações fornece o valor de V IO para o Amp-op

42 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA À CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, I IO

43 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA À CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, I IO  Para uma tensão de desequilíbrio de saída total de  Rc = R1  Resultando em:

44 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD CORRENTE DE POLARIZAÇÃO DE ENTRADA, I B  Corrente de polarização media é:  Para

45 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA GANHO- LARGURA DE BANDA  temos: • B1 = Ganho Unitário • AVD = ganho diferencial de tensão • 0,707 AVD = 3dB

46 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA TAXA DE SUBIDA, SR  Taxa de subida = Máxima taxa na qual a saída do amplificador pode variar em volts por micro segundo (V/μs)

47 Amplificadores Operacionais Especificações do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA MAXIMA FREQUENCIA DO SINAL  Depende dos parâmetros da largura de banda (B) como da taxa de subida (SR)  Para um sinal sinusoidal  A máxima taxa de variação é:  Para evitar distorção na saída a taxa de variação deve ser menor do que a taxa de subida.  Tal que:


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