amplificadores operacionais

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

GIGLLIARA SEGANTINI DE MENEZESE N G E N H E I R A D E P R O D U Ç Ã O – U F E S

T É C N I C A E M E L E T R O T É C N I C A – I F E S

INSTITUTO FEDERALESPÍRITO SANTO 28 de setembro de 2015

Lei de Ohm e Lei de Kirchhoff

i1 + i4 = i2 + i3

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1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.1 Definição: O amplificador operacional (AOP) é um amplificador multiestágio, com entradadiferencial, cujas características se aproximam às de um amplificador ideal (PERTENCE JÚNIOR, 2003).

Circuito integrado

Bloco funcional

Composição interna (Fabricante)

Componentes Externos (Função dentro do circuito)

Porque operacional?

Va(t)

Vb(t)

Vc = Va + Vb

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Operações Matemáticas+ , ‐, x , exp, log ...

Composição Interna do amplificador operacional 741

1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.2 Amplificador Diferencial:

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1) Tensão de saída = A (Tensão de entrada)

2) Vod = V3 – V4

3) Vid = V1 – V2

4) Vod = AVid

5) Característica Intrínseca = Resistência de entrada

Exemplo

A(Fator de Ganho) = 100.000

Vo = ?

V0 = 100.000[(4,75x10^‐3) – (4,8x10^‐3)]

V0 = ‐5V

1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

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1.3 Diagrama de Blocos simplificado do Amplificador Operacional

O estágio intermediário: serve para compensar eventuais distúrbios operacionais entreentrada e saída como, perda de amplitude de sinal e casamento de impedâncias

1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais1.4 Símbolo e conexões

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V+ = entrada não inversora (deslocamento de fase 0)

V‐ = Entrada inversora (deslocamento de fase 180° )

Vs+ e Vs‐ = Alimentação simétrica

Vout = Saída

1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.5 Pinagem

Os AOPs possuem pelo menos 8 pinos

1 e 5 – Estinados ao balanceamento do AOP (Ajuste de tensão de OFFSET)

2 – Entrada inversora

3 – Entrada não inversora

4 – Alimentação Negativa

6 – Saída

7 – Alimentação Positiva

8 – Não possui nenhuma conexão

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1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.6 Características ideais de um Amplificador Operacional

a) Impedância de entrada infinita

b) Impedância de saída nula

c) Ganho de tensão infinito

d) Largura de faixa infinita (resposta desde CC a infinitos Hertz)

e) Insensibilidade à temperatura (DRIFT nulo)

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1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.6 Características ideais de um Amplificador Operacional

1.6.1 Impedância de entrada infinita e Impedância de saída nula

RE = tende ao ∞

RS = Tende a 0

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1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais1.6.3 Ganho de tensão infinito

Elevado ganho do AO’s (de ≅ 10000 ou mais)

Sensores com sinais de baixa amplitude

1.6.4 Largura de faixa infinita

É interessante que um amplificador tenha uma largura de muito ampla de modo que um sinal de qualquer frequência possa ser amplificado sem sofrer atenuação.

1.6.5 Insensibilidade à temperatura

Fenômeno DRIFT

Insensibilidade a temperatura (Fabricante) ΔI/ ΔT e ΔV/ ΔT

1.Conceitos fundamentais dos amplificadores operacionais

1.8 Saturação

Saída tem um nível de tensão fixo

Aproximadamente o valor de alimentação

Região linear V0= A(V1‐V2)

2.Realimentação Negativa

2.1 Modos de operação do AOP

2.1.1 Sem alimentação 2.1.3 Com realimentação Negativa

2.1.2 Com realimentação Positiva

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A realimentação em um sistema (ou circuito) éestabelecida quando uma amostra do sinal de saída dosistema é acrescentada a entrada deste mesmo sistema.

controle externo do ganho a ser estabelecido para umadada configuração. (RN)

3. Configurações básicas com AO Considerações importantes:

a) IB1 = 0 (impedância de entrada do AO muito alta)

b) Vd = 0 se consegue através da realimentação negativa

c) Conceito de curto circuito virtual

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Nó a

3.1 Amplificador inversor

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3.2 Amplificador não inversor

Nó a

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3.3 Amplificador somador inversor

Nó a

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3.4 Amplificador somador não inversor

Fórmula do AOP não inversor

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3. 5 Amplificador Subtrator ou Diferencial

Exemplos 1‐Para o circuito a seguir, determine:

a. A equação de Vo, considerando Rf = 10,0 kΩ e Rs = 4,0 kΩ;

b. O valor de Vo para Vs = 2V;

c. O valor de Vo para Vs = ‐5V;

d. O valor de Vo para Vs = 8V; e.

Os limites de variação de Vs para que a saída Vo não sature

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Exemplos 2‐Para o circuito a seguir, determine:

a. A equação de Vo, considerando Ra = 10kΩ, Rb = 15kΩ, Rc = 30kΩ e Rf = 60kΩ;

b. O valor de Vo para Va = ‐4V, Vb = 3V, Vc = 1V;

c. Os limites de variação de Vc para que a saída Vo não sature, considerando Va = ‐4V e Vb = 3V.

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Exemplos3‐ Para o circuito a seguir, determine:

a. A equação de Vo;

b. O valor de Vo para Va = 4V e Vb = 2V;

c. O valor de Vo para Va = ‐8V e Vb = 6V;

d. O valor de Vo para Va = 6V e Vb = 8V;

e. Os limites de variação de Va para que asaída Vo não sature, considerando Vb = 4V

4.Aplicações do Amplificador Operacional 4.1 Controle ON/OFF de Temperatura

Com este circuito, dependendo da temperatura ambiente o valor da resistência do NTC muda, econsequentemente muda também o valor do ganho de tensão do amplificador não inversorassim como o valor de sua tensão de saída. Sendo esta tensão de saída utilizada como entrada docomparador inversor, dependendo da variação da temperatura teremos a condição de corte ousaturação do transistor T1, o que consequentemente fará com que o aquecedor seja ligado parabaixas temperaturas e desligado sempre que a temperatura ultrapassar um determinado valor.

PERGUNTAS

ReferênciasBásica

ANTONIO PERTENCE JR. Eletrônica analógica: amplificadores operacionais e filtros ativos ‐ 6ª edição

Complementar

MIKE TOOLEY. Circuitos Eletrônicos: Fundamentos e Aplicações. Elsevier, São Paulo 2006.

MARCELO WENDLING. Amplificadores Operacionais. Disponível em< netsoft.inf.br/aulas/4_EAC_Eletronica_Basica/3__Amplificador_Operacional.pdf>