Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes Eletrônica Básica Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes

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.

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

Amplificadores Operacionais Entrada (diferencial) com terminação dupla Uma entrada Vd aplicada nos dois terminais de entrada Dois sinais separados são aplicados nas entradas Vi1- Vi2

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

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

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 V01 - V02 também denominada sinal flutuante pois nenhuma saída é o terra A saída diferença é 2 vezes maior que V01 ou V02pois são polaridades opostas ou seja 10V – (-10V) = 20V

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

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

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

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

Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Tensão de Saída Vd = Tensão diferença Vc = Tensão Comum Ad = Ganho diferencial do Amplificador Ac = Ganho de modo-comum do Amplificador

Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Entradas de Polaridades Opostas Se as entradas de polaridades opostas são sinais idealmente opostos Vi1 = -Vi2 = Vs a tensão diferença resultante é: Enquanto a tensão comum resultante é: A tensão de saída resultante

Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Entradas de Mesma Polaridade Se as entradas de mesma polaridade são aplicadas a um amp-op Vi1 = Vi2 = Vs a tensão diferença resultante é: Enquanto a tensão comum resultante é: A tensão de saída resultante

Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Rejeição de Modo Comum As relações anteriores fornecem informação para medir Ad e Ac em amp-op Para medir Ad faça Vi1 = -Vi2 = Vs = 0,5 V tal que Enquanto a tensão comum resultante é: A tensão de saída resultante

Amplificadores Operacionais Operação Diferencial e modo comum Rejeição de Modo Comum Para medir Ac faça Vi1 = Vi2 = Vs = 1V tal que Enquanto a tensão comum resultante é: A tensão de saída resultante

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

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

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

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) 100000 Sol: (a) (b)

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

Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

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 (-AvVi fixado em zero). Para AvVi apenas (Vi em zero) A tensão total Vi é:

Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico A qual pode ser resolvida para Vi como: Se Av »1 e AvR1 »Rf como sempre acontece então: Resolvendo para Vo/Vi obtemos: De modo que:

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

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

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. Vo =-10 e Av = 20000 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 Av tem que ter um valor muito grande

Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Terra Virtual Usando o conceito de terra virtual podemos ter: A qual pode ser resolvida para Vo / V1 :

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 R1 e por Rf . A saída é invertida em relação a entrada

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 R1 e por Rf . A saída é invertida em relação a entrada

Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Não Inversor Note que a tensão através de R1 é V1 uma vez que Vi ≈ 0 O mesmo vale para a tensão de saída que pode ser relacionada a V1 através do divisor de tensão entre R1 e Rf O que resulta em:

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

Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Seguidor Unitário O ganho é exatamente 1 sem inversão de polaridade É claro que Vo = V1

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

Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador Substituindo Rf 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.

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 Vo / Vi Esta expressão podemos reescrever no domínio do tempo como:

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:

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

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

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

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

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

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

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

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)

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: