Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes

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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.

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

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

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

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

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

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

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

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

Tensão de Saída Vd = Tensão diferença Vc = Tensão Comum Ad = Ganho diferencial do Amplificador Ac = Ganho de modo-comum do Amplificador

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

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

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

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

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:

Exe. Calcule o RRMC para o circuito das medidas mostrados

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:

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)

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

Amp-Op Básico

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:

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:

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.

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

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

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

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:

Amplificador Não Inversor Para determinar o ganho de tensão do circuito podemos utilizar (b) (a) (b)

Seguidor Unitário O ganho é exatamente 1 sem inversão de polaridade É claro que Vo = V1

Amplificador Somador O amplificador mais usado Cada entrada adiciona uma tensão à saída acompanhada de seu correspondente fator de ganho

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.

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:

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:

Amplificador Integrador Um exemplo empregado no computador analógico é dado

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

PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA À CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, IIO

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:

PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD CORRENTE DE POLARIZAÇÃO DE ENTRADA, IB Corrente de polarização media é: Para

PARAMETROS DE FREQUENCIA GANHO- LARGURA DE BANDA temos: B1 = Ganho Unitário AVD = ganho diferencial de tensão 0,707 AVD = 3dB

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)

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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