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Eletrônica Básica

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

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  1. Eletrônica Básica 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 Vd aplicada nos dois terminais de entrada • Dois sinais separados são aplicados nas entradas Vi1- Vi2

  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 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

  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 OperacionaisOperação 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 OperacionaisOperação 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

  13. Amplificadores OperacionaisOperação 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

  14. Amplificadores OperacionaisOperação Diferencial e modo comum Entradas de Mesma Polaridade • Se as entradas de mesma polaridade são aplicadas a um amp-opVi1 = Vi2= Vs a tensão diferença resultante é: • Enquanto a tensão comum resultante é: • A tensão de saída resultante

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

  16. Amplificadores OperacionaisOperação Diferencial e modo comum Rejeição de Modo Comum • Para medir Acfaça Vi1 = Vi2 = Vs = 1V tal que • Enquanto a tensão comum resultante é: • A tensão de saída resultante

  17. Amplificadores OperacionaisOperação Diferencial e modo comum Razão de Rejeição de Modo Comum • Tendo obtido Ade Acpodemos calcular a razão de rejeição em modo comum (RRMC) por: • O RRMC pode ser também expresso em termos logarítmicos por:

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

  19. Amplificadores OperacionaisOperação 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:

  20. Amplificadores OperacionaisOperação 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)

  21. Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OP Temos como amp-op básico:

  22. Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

  23. Amplificadores OperacionaisFundamentos do AMP-OP Amp-Op Básico

  24. Amplificadores OperacionaisFundamentos 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:

  25. Amplificadores OperacionaisFundamentos 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:

  26. Amplificadores OperacionaisFundamentos 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 Rfé exatamente igual a Ri o ganho da tensão é exatamente igual a 1.

  27. Amplificadores OperacionaisFundamentos 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

  28. Amplificadores OperacionaisFundamentos 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

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

  30. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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

  31. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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

  32. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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:

  33. Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op práticos Amplificador Não Inversor • Para determinar o ganho de tensão do circuito podemos utilizar (b) (a) (b)

  34. Amplificadores OperacionaisCircuitos Amp-op práticos Seguidor Unitário • O ganho é exatamente 1 sem inversão de polaridade • É claro que Vo = V1

  35. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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 OperacionaisCircuitos 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.

  37. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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:

  38. Amplificadores OperacionaisCircuitos 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 OperacionaisCircuitos Amp-op práticos Amplificador Integrador • Um exemplo empregado no computador analógico é dado

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

  41. Amplificadores OperacionaisEspecificações 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

  42. Amplificadores OperacionaisEspecificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA À CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, IIO

  43. Amplificadores OperacionaisEspecificações 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:

  44. Amplificadores OperacionaisEspecificações do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD CORRENTE DE POLARIZAÇÃO DE ENTRADA, IB • Corrente de polarização media é: • Para

  45. Amplificadores OperacionaisEspecificações 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 OperacionaisEspecificações 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 OperacionaisEspecificações 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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