Eletrnica Bsica

Eletrnica BsicaAula 8By: Abraham Ortega ParedesAmplificadores OperacionaisIntroduoAmplificador operacional ou amp opAmplificador diferencial de ganho muito altoImpedncia de entrada muito alta e impedncia de sada muito baixaNormalmente so utilizados para obter variaes na tenso (amplitude e polaridade)Para osciladores, filtros e circuitos de instrumentaoAlguns tem estagio de amplificadores diferencias para produzir ganho muito alto de tenso.Amplificadores OperacionaisAmplificador operacional de duas entradas e uma sada

Entrada com terminao nica

Amplificadores OperacionaisEntrada (diferencial) com terminao duplaUma entrada Vd aplicada nos dois terminais de entradaDois sinais separados so aplicados nas entradas Vi1- Vi2

Amplificadores OperacionaisSada com terminao duplaUm sinal de entrada aplicada a qualquer entrada resultara em sadas para ambos os terminais de sada com polaridades opostas

Amplificadores OperacionaisSada com terminao duplaA figura mostra uma entrada com terminao nica com uma sada com terminao dupla.Um sinal aplicado na entrada mais resulta em duas sadas amplificadas de polaridades opostas

Amplificadores OperacionaisSada com terminao duplaA figura mostra uma entrada com uma sada nica medida entre os terminais de sada (no em relao a terra).Esta sada diferena V01 - V02 tambm denominada sinal flutuante pois nenhuma sada o terraA sada diferena 2 vezes maior que V01 ou V02pois so polaridades opostas ou seja 10V (-10V) = 20V

Amplificadores OperacionaisSada com terminao duplaA figura mostra a operao entrada diferencial, sada diferencialA entrada aplicada entre os dois terminais de entrada e a sada tomada entre os dois terminais de sadaEsta uma operao completamente diferencial

Amplificadores OperacionaisOperao modo comumQuando os mesmos sinais de entrada so aplicadas a ambas a s entradasAs duas entradas so igualmente amplificadas e como produzem polarizaes opostas na sada estes, se cancelam fazendo-se = 0Na pratica verifica-se um pequeno sinal de sada

Amplificadores OperacionaisRejeio modo comumTodas as sinais opostas na entrada se amplificaro muito na sada Os sinais comuns nas entradas se amplificaro levementeIsto acontece com o sinal rudo que comum em todas as entradasAmplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumComo a amplificao de sinais de entrada opostas muito maior do que as entradas comuns o circuito fornece uma rejeio de modo comum descrita por um parmetro chamado razo de rejeio de modo comum RRMC.Entradas diferenciasQuando entradas separadas so aplicadas ao amp-op, o sinal diferena resultante a diferena entre as duas entradas

Entradas ComunsQuando os sinais so iguais o sinal comum as duas entradas

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumTenso de Sada

Vd = Tenso diferenaVc = Tenso ComumAd = Ganho diferencial do AmplificadorAc = Ganho de modo-comum do Amplificador

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumEntradas de Polaridades OpostasSe as entradas de polaridades opostas so sinais idealmente opostos Vi1 = -Vi2 = Vs a tenso diferena resultante :

Enquanto a tenso comum resultante :

A tenso de sada resultante

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumEntradas de Mesma PolaridadeSe as entradas de mesma polaridade so aplicadas a um amp-op Vi1 = Vi2 = Vs a tenso diferena resultante :

Enquanto a tenso comum resultante :

A tenso de sada resultante

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumRejeio de Modo ComumAs relaes anteriores fornecem informao para medir Ad e Ac em amp-opPara medir Ad faa Vi1 = -Vi2 = Vs = 0,5 V tal que

Enquanto a tenso comum resultante :

A tenso de sada resultante

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumRejeio de Modo ComumPara medir Ac faa Vi1 = Vi2 = Vs = 1V tal que

Enquanto a tenso comum resultante :

A tenso de sada resultante

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumRazo de Rejeio de Modo ComumTendo obtido Ad e Ac podemos calcular a razo de rejeio em modo comum (RRMC) por:

O RRMC pode ser tambm expresso em termos logartmicos por:

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumExe. Calcule o RRMC para o circuito das medidas mostrados

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumSol. Temos para a primeira fig.Ad = Vo/Vd = 8V/1mV = 8000Para a fig. 2 temosAc = Vo/Vc = 12mV/1mV = 12Ento o valor de RRMC :RRMC = Ad/Ac = 8000/12 = 666,7Podemos expressar a tenso de sada em termos de RRMC ento temos

Agora podemos dizer:

Amplificadores OperacionaisOperao Diferencial e modo comumExe. Determine a tenso de sada de um Amp-op para tenses de entrada Vi1 = 150V e V2i = 140V. O Amp-op tem um ganho diferencial de Ad = 4000 e o valor RRMC :(a) 100 e (b) 100000Sol:

(a)

(b)

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPTemos como amp-op bsico:

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPAmp-Op Bsico

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPAmp-Op Bsico

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPAmp-Op BsicoUsando superposio pode-se resolver para a tenso 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 tenso total Vi :

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPAmp-Op BsicoA qual pode ser resolvida para Vi como:

Se Av 1 e AvR1 Rf como sempre acontece ento:

Resolvendo para Vo/Vi obtemos:

De modo que:

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPGanho UnitrioSe Rf = Ri o ganho :

O circuito fornece um ganho de tenso unitrio com inverso de fase de 180

Se Rf exatamente igual a Ri o ganho da tenso exatamente igual a 1.

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPGanho de Amplitude Constante

Se Rf algum mltiplo de Ri o ganho uma constante, por exe. Se Rf = 10Ri, ento:

O circuito fornece um ganho de 10, com inverso de fase de 180

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPTerra VirtualA tenso de sada limitada pela fonte de tenso em tipicamente alguns volts.Os ganhos de tenso so 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 virtualA figura a seguir descreve o conceito de terra virtual onde Av tem que ter um valor muito grande

Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OPTerra Virtual

Usando o conceito de terra virtual podemos ter:

A qual pode ser resolvida para Vo / V1 :

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador Inversor o amplificador mais usadoA sada obtida pela multiplicao da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R1 e por Rf .A sada invertida em relao a entrada

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador Inversor o amplificador mais usadoA sada obtida pela multiplicao da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R1 e por Rf .A sada invertida em relao a entrada

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador No InversorNote que a tenso atravs de R1 V1 uma vez que Vi 0

O mesmo vale para a tenso de sada que pode ser relacionada a V1 atravs do divisor de tenso entre R1 e Rf

O que resulta em:

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador No Inversor

Para determinar o ganho de tenso do circuito podemos utilizar (b)

(b)

(a)Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosSeguidor UnitrioO ganho exatamente 1 sem inverso de polaridade claro que Vo = V1

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador SomadorO amplificador mais usado

Cada entrada adiciona uma tenso sada acompanhada de seu correspondente fator de ganho

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador IntegradorSubstituindo Rf por C temos um integradorSeu circuito equivalente com terra virtual (b) mostra que uma expresso para a tenso entre entrada e sada pode ser deduzida em funo d acorrente I que flui da entrada sada.

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador IntegradorA impedncia capacitiva pode ser expressa como:

Onde s = j a notao de Laplace e resolvendo para Vo / Vi

Esta expresso podemos reescrever no domnio do tempo como:

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador IntegradorA capacidade de integrar um dado sinal da ao computador analgico a possibilidade de poder resolver equaes diferenciais e, por tanto, resolver eletricamente operaes de sistemas fsicos anlogosA operao de integrao semelhante ao de somarMais de uma entrada pode ser aplicar ao integrador, com a operao resultante dada por:

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador IntegradorUm exemplo empregado no computador analgico dado

Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op prticosAmplificador DiferenciadorProporciona uma operao til obtendo-se as relaes a seguir

onde RC o fator de escala

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CDTENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE ENTRADA VIOA folha de especificaes fornece o valor de VIO para o Amp-op

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CDTENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, IIO

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CDTENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, IIOPara uma tenso de desequilbrio de sada total de

Rc = R1

Resultando em:

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CDCORRENTE DE POLARIZAO DE ENTRADA, IBCorrente de polarizao media :

Para

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE FREQUENCIAGANHO- LARGURA DE BANDAtemos:

B1 = Ganho Unitrio

AVD = ganho diferencial de tenso

0,707 AVD = 3dBAmplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE FREQUENCIATAXA DE SUBIDA, SR

Taxa de subida = Mxima taxa na qual a sada do amplificador pode variar em volts por micro segundo (V/s)

Amplificadores OperacionaisEspecificaes do Amp-opPARAMETROS DE FREQUENCIAMAXIMA FREQUENCIA DO SINALDepende dos parmetros da largura de banda (B) como da taxa de subida (SR)Para um sinal sinusoidalA mxima taxa de variao :Para evitar distoro na sada a taxa de variao deve ser menor do que a taxa de subida.

Tal que: