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06/06/2017

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 22 – Amplificador Operacional

Conceitos

Curitiba, 07 de junho de 2017.

07 Jun 17 AT22- AmpOp Conceitos 2

CONTEÚDO DA AULA

1. REVISÃO

2. EXEMPLO DE APLICAÇÃO COMO COMPARADOR

3. ESTÁGIOS INTERNOS

4. FOLHA DE ESPECIFICAÇÕES

5. CONCEITOS

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1-Revisão: apresentação


Circuito Integrado (CI) Linear ou Analógico que amplifica ou realiza

operações matemáticas de sinais contínuos em função dos sinais que são

aplicados nas suas entradas. Exemplo: CI mais conhecido é o 741.

Posicionado sobre o sulco

do proto-board.

Numeração da esquerda para direita, ordem

crescente, sentido anti-horário, a partir das

marcas de posicionamento.

1 2 3 4

8 7 6 5


• duas fontes DC • Uma fonte DC + divisor resistivo

• unipolar

1-Revisão: alimentação simétrica x alimentação unipolar e Vsat

❖A tensão de saída (Vo, Vout) é

limitada pela tensão de alimentação

do AmpOp –um V entre 0,7V a 2,0V

O limite superior é denominado:

O limite inferior é denominado:

+Vsat= |+Vcc|- V

-Vsat= |-Vcc|-V

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1-Revisão: modelo elétrico do AO ideal


V+

V-

+

Vout

-

Ad(V+ - V-)Rin=

Rout= 0V+ ENTRADA NÃO INVERSORA

V-ENTRADA INVERSORA

Ad GANHO DIFERENCIAL

EM MALHA ABERTA

MODELO ELÉTRICO AMPOP IDEAL

Rin=

Rout= 0

Ad=

V+

V-

+

Vout

-

Ad(V+ - V-)

1-Revisão: modelo elétrico do AO real


Rin 2Mῼ

Rout 75ῼ

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS IDEAL REAL (741)

*Ganho em Malha aberta

*Impedância de entrada (Zin)

*Impedância da saída (Zout)

*Largura de faixa de freqüência (PGL)

*Tensão de saída (Vout)

*Corrente de entrada

infinito

infinita

zero

infinito

nula

nula

2 000 a 200 000

2Mohms

75 ohms

1M

nula, com ajuste de

off-set

nanoA, picoA

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1-Revisão: modos de operação


Sem realimentação (malha aberta):

Positiva Negativa

Com realimentação (malha fechada):

Aplicação principal: comparador de tensão

1-Revisão: AO sem realimentação-comparador


a) Vref=0V

Vref

b) Vref 0V

Vref

0

0

VinseVsat

VinseVsatVO

VrefVinseVsat

VrefVinseVsatVO

)( VVAV dOut

)( VVAV dOut

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1-Revisão: AO sem realimentação-comparador


0

0

VinseVsat

VinseVsatVO

VrefVinseVsat

VrefVinseVsatVO

b) Vref 0V

Vref

a) Vref=0V

Vref

)( VVAV dOut

)( VVAV dOut

1-Revisão: conclusão exercício


1-Construa a característica de transferência dos circuitos que seguem. Admitir V=1V.

2-Esboce a tensão de saída supondo que Vin é uma senóide de 5Vp.

a)b)

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2-Aplicação como comparador


2-Aplic


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Exercícios


Ex 2-

Boylestad

3) Explique o funcionamento

Fonte : http://www.eletrozine.net/circuitos/24-

iluminacao/106-foto-celula-eletronica.html .

Visitado em 12/03/2014

2) Supondo que a mesma

alimentação do AO do ex 1 e V=2V,

determine o valor da saída.

Explicação exercício 3


http://www.eletrozine.net/circuitos/24-iluminacao/106-foto-celula-eletronica.html

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Exercícios- créditos prof Vinícius Secchin de Melo


4) Adotar AO ideal e alimentação simétrica de 12V.

VV

kk

kV

ref

ref

75,0

115

1.12

VV

kk

kV

ref

ref

09,1

2222

22.12

3-Estágios internos


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3-Primeiro estágio interno: par diferencial


É desejável que os transistores tenham

características muito próximas.

Mas se houver diferenças de ganho destes,

de ligeiras diferenças entre os transistores na

estrutura do cristal e variações de

temperatura, ocorrerá um desbalanceamento

entre as tensões Vo1 e Vo2.

1BI2BI

3.1-Correntes de entrada do AmpOp


Corrente de compensação ou de offset de entrada: definida como sendo a diferença

entre as correntes de base IB1 e IB2.

Malvino, seção 17,3 , 4ª ed

21 BBoffset IIIin

A diferença nas correntes de base indica o quanto são próximas as características dos

dois transistores.

Se os transistores forem idênticos, a corrente de compensação de entrada será zero,

pois as duas correntes de base serão iguais. Porém quase sempre os dois transistores

são diferentes e as duas correntes de base não são iguais.

Corrente de polarização de entrada:

São correntes de base IB1 e IB2 que circulam através do terminal de base de cada

TJB, assim a corrente de polarização de entrada é definida como a média das duas

correntes de base.

2

21 BBbias

IIIin

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3.1-Correntes de entrada do AmpOp


Corrente de base: As folhas de dados dos ampops sempre informam os valores da

corrente de polarização de entrada e da corrente de compensação de entrada,

porém listam os valores da corrente IB1 e IB2. Este é o motivo que devemos

calcular as correntes de base utilizando:

21

offset

biasB

IinIinI

22

offset

biasB

IinIinI

21 BBoffset IIIin

2

21 BBbias

IIIin

Corrente de compensação ou de offset de entrada:

Corrente de polarização de entrada:

4-Folha de especificações


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4-Folha de especificações


5-Conceitos


5.1-Tensão de off-set ou de compensação Vos

5.2-Ganho de tensão Av

5.3-Taxa de inclinação ou slew-rate SR

5.4-Tensão de entrada em modo diferencialVd

5.5-Tensão de entrada em modo comumVc

5.6-Razão de rejeição de modo comum RRMC (CMRR)

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5.1: tensão de off-set (compensação)


Vo=0 V

V-=0V

V+=0V Vo=0 VVos

AMP OP REALAMP OP IDEAL

Vos TENSÃO DE OFFSET

)( VVAV dOut

Teoricamente a tensão de saída deve ser zero para a condição em que V+=V- =0V.

Na prática esse valor difere de zero, devido às correntes de base da polarização dos

transistores.

5-Conceitos: tensão de off-set (compensação)


Tensão de Off-set Para o AmpOp ideal

a tensão de saída é nula quando as entradas

V+ e V- estão em curto circuito.

Nos AmOps reais, devido ao casamento imperfeito dos dispositivos de entrada, pode

ocorrer que a tensão de saída seja diferente de zero, quando ambas as entradas estão

no potencial zero.

Significa dizer que há uma tensão CC equivalente na

entrada, chamada de tensão de off-set e é indesejável.

Essa tensão situa-se na faixa de 1mV a 100mV nos

amplificadores comerciais.

Para minimizar ou eliminar esse nível, alguns AmpOps

(741) apresentam terminais externos específicos para

efetuar esse ajuste que são os terminais 1 e 5.

Vo=0 VVos

AMP OP REAL

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5.2-Ganho de tensão


Ganho de tensão (Av) normalmente chamado de ganho em malha aberta (LA),

medido em CC ou em frequências muito baixas. Definido como a relação da variação

da tensão de saída para uma dada variação da tensão de entrada.

Seu valor real está na faixa de poucos milhares até cerca de cem milhões em amplifi-

cadores operacionais específicos.

A notação Avo indica o ganho de tensão diferencial em CC.

i

OV

V

VA

i

OV

V

VdBA

log20)(

O decibel é uma ordem de uma relação. Permite expressar a razão entre duas

grandezas da mesma natureza.

Por ex.: caso seja necessário expressar um ganho, ou seja, uma razão entre saída e

entrada que seja muito maior que a unidade ou uma atenuação em que essa mesma

razão seja muito menor que a unidade, resultaria em valores que teríamos dificuldade

em expressar numericamente e por consequência o seu entendimento.

BelsIn

Out10log

in

outP

P

PA log.10

dBdeciBelsIn

Out10log.10

in

out

in

outV

V

V

V

VA log.20log.10

2

Proporcional ao

quadrado da potência


mVVtypAvd /200)( 000200mV

V200

5.2-Ganho de tensão em malha aberta na folha de dados

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5.3- Taxa de inclinação, Slew-rate (SR)


Ainda taxa de subida: taxa máxima possível em que a tensão de saída do amplificador

pode mudar.

✓ SR indica a “velocidade” de resposta do amplificador.

✓Quanto maior o SR, melhor o AmpOp.

✓Se o sinal de entrada possui uma taxa de variação maior que o SR do AmpOp, o sinal

de saída será ceifado ou distorcido.

Crédito: Theodore F. Boagart Jr. Dispositivos e circuitos eletrônicos. Vol. II. 3ª Ed

sVt

V

tt

VVSR /

12

12

5.3-Exercício sobre Taxa de inclinação


O amplificador operacional TL 074 tem uma taxa de inclinação (SR) de 13V/μs. Qual

a largura de banda para uma tensão de pico de 5V? Resposta: BW = 414012,73Hz

)(wtsenVv po

max12

12 )(

dt

tdv

tt

VVSR

max)cos(5 wtwSR

cos=1 máximo quando wt=0

)1(5wSR

10

SRf

kHzf 401,4110

1.

10

136

Para esta análise considera-se o que o sinal

de tensão aplicada seja uma senoide )(5 wtsenvo

a) Equacionamento

max

)))((5(

dt

twtsendSR

b) Derivada do seno

c) Substituindo as informações na equação

sVfwSR /13..2.55

Então:

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5.4- Entrada em modo diferencial


+Vcc

-VccV1

V2

Componentes de entrada em modo diferencial: sinais cuja origem são de fontes

distintas aplicadas às entradas V+ e V-. O ganho de modo comum é dado por:

Ad= ganho de tensão diferencial

)( VVVd

+Vcc

-VccVd

)( 12 VVVd

Tensão diferencial

5.4-Significado elétrico do modo diferencial


http://www.smar.com/brasil/artigostecnicos/artigo.asp?id=166

B

-A

)( ABd VVV

A

“A” e “B” são os sinais sob análise de fontes distintas.Modo diferencial

)( VVVd

+Vcc

-VccV1

V2

+Vcc

-VccVd

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5.5- Entrada em modo comum


Componentes de entrada em modo comum: sinal cuja origem é a mesma fonte. O ganho de

modo comum é dado por:

2

)( VV

Vc

2

)( 11 VVVc

+Vcc

-VccV1

+Vcc

-Vcc2

1V

21V

Ruído

Os ruídos não se somam.

Ruído

Ruído

5.6-Razão de rejeição de modo comum


Razão de Rejeição de Modo Comum RRMC (CMRR – Common Mode Rejection Ratio):

expressa a capacidade do AmOp em rejeitar os sinais em modo comum.

O ganho de modo comum é dado por:

2

)(

VV

VA O

c

c

d

A

ARRMC

Quanto maior a RRMC

maior é a proximidade

com o AmOp ideal.

Equação Fundamental:

ccddO

cdO

VAVAV

VVAVVAV

2

)()( Onde:

Vd tensão modo diferencial

Vc tensão modo comum

Ad ganho diferencial

Ac ganho modo comum

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Exercício sobre RRMC


1)Determine a tensão de saída se V+=150uV e V-=140uV. O amplificador tem um ganho

diferencial de Ad=4000 e o valor de RRMC é: a) 100 b)105

i)Tensão diferencial da entrada (Vd)

uVV

uuV

VVV

d

d

d

10

140150

)(

ii)Tensão modo comum (Vc)

uVV

uuV

VVV

c

c

c

145

2

140150

2

)(

iii)Cálculo do Ac

c

d

A

ARRMC

a)Para RRMC=100

40

4000100

c

c

A

A

b)Para RRMC=105

04,0100000

4000

4000105

c

c

A

A

mVuuVVO 8,45)145)(40()10)(4000(

a)Para RRMC=100

b)Para RRMC=105

mVuuVVO 006,40)145)(04,0()10)(4000(

iv)Tensão de saída (Vo)

ccddO

cdO

VAVAV

VVAVVAV

2

)()(

ccddO

cdO

VAVAV

VVAVVAV

2

)()(

Exercício sobre modo diferencial & comum


3)Determine o ganho diferencial, de modo comum e o valor do RRMC para o AmpOp a seguir,

admitindo os resultados de Vo para a entrada diferencial em ‘a‘ e de modo comum em ‘b’:

2)Supondo o AmOp do exercício 1 como sendo ideal, qual é a tensão de saída?

(R:Vo=40mV)

‘a’ ‘b’

8000

)5,0(5,0

8

0

d

d

d

d

A

mmA

V

VA

12

2/)11(

12

0

c

c

c

c

A

mm

mA

V

VA

7,666

12/8000

RRMC

RRMC

A

ARRMC

c

d

i)Ganho diferencial ii)Ganho modo comum iii)RRMC

dBRRMC

RRMC

A

ARRMC

c

d

48,56

7,666log20

log20

10

10

iv)RRMC em dB

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