conteÚdo da aula -...

01/06/2017

1

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA 1 - ET74C

Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

Aula 21 – Amplificador Operacional

Sem Realimentação

Curitiba, 02 de junho de 2017.

02 Jun 17 AT21- AmpOp sem realimentação 2

CONTEÚDO DA AULA

1. APRESENTAÇÃO – CIRCUITOS INTEGRADOS

2. FORMAS DE ALIMENTAÇÃO

3. OPERAÇÃO SEM REALIMENTAÇÃO

1. Comparador Não Inversor

2. Comparador Inversor

01/06/2017

2

Referencial para estudo


1)Amplificadores

Operacionais

Antonio Pertence

Junior –

Makron Books

2)Cap 14 e 15 do Boylestad 3)Cap 2 do Sedra

1-Apresentação


❖ Circuito Integrado (CI) Linear ou Analógico: produzem sinais contínuos em função

dos sinais que são aplicados nas suas entradas.

A função principal do CI analógico é a amplificação, destacando-se os

amplificadores operacionais .

❖Circuito Integrado Digital: suas funcionalidades são decorrentes da presença de

sinais lógicos ou estados lógicos, representados pelos níveis lógicos ‘0’ e ‘1’.

Sugestão para conhecimento sobre CIs: http://www.tecmundo.com.br/eletronica/45954-como-funciona-um-circuito-integrado-ilustracao-.htm

http://www.noginfo.com.br/arquivos/FC_Modulo_4.pdf

http://www.tecmundo.com.br/eletronica/45954-como-funciona-um-circuito-integrado-ilustracao-.htm

http://www.noginfo.com.br/arquivos/FC_Modulo_4.pdf

01/06/2017

3

1-Introdução


Amplificador Operacional (AO ou AmpOp ou ampop)

Componente baseado na tecnologia dos circuitos integrados onde o fabricante

desenvolve um circuito complexo chamado amplificador diferencial na forma de um

circuito integrado [1].

São amplificadores de acoplamento direto, de elevado ganho, que usam a

realimentação para o controle de suas características. Atualmente são fundamentais na

construção de circuitos analógicos.

Foram projetados originalmente para executar operações matemáticas como:

*Adição *Subtração *Integração

*Multiplicação *Derivação

Por isso denominado como OPERACIONAL.

[1] Eng.: Roberto Bairros dos Santos. Amplificador Operacional Básico (apostila)

Exemplos de AmpOps comerciais populares: LM741, LM324, TL071

FURO PASSANTE TECNOLOGIA DE MONTAGEM SOBRE SUPERFÍCIE

1-Estrutura interna do AO - 741


A estrutura interna dos AmpOp’s é definida pela associação de componentes

eletrônicos: transistores, resistores, capacitores e diodos.

O diagrama eletrônico do amplificador operacional LM741 é indicado abaixo.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm741.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm741.pdf

01/06/2017

4

1-Encapsulamento


Vista geral do CI com encapsulamento

DIP (dual in line package)

Posicionado sobre o

sulco do proto-board.

Marcas posição

Numeração da esquerda para

direita, ordem crescente, sen-

tido anti-horário.

Encapsulamento metálico (TO)

Encapsulamento plano (flat-pack)

1-Simbologia e pinagem


1 e 5 ajuste da tensão de off-set

2 entrada inversora (V-)

3 entrada não inversora (V+)

4 alimentação negativa(-3 a -18/22Vcc)

6 saída (Vo)

7 alimentação positiva(+3 a +18/22Vcc)

8 NC (não conectado)

Símbolo simplificado

Subentende-se que os

terminais estão

conectados, inclusive o

da alimentação.

LM741

Consultar o respectivo datasheet para certificar-se da pinagem.

01/06/2017

5

1-Modelo elétrico


MODELO ELÉTRICO

Av=ganho

Es=tensão de entrada

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS IDEAL REAL (741)

*Ganho em Malha aberta (A)

(sem realimentação).

*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

)( VVAV dO

Equação Fundamental:

Onde:

✓ Ad é o ganho diferencial em malha

aberta,

✓ V+: tensão no terminal não inversor

✓ V- :tensão no terminal inversor.

2.1-Alimentação simétrica


Fonte DC 1

Fonte DC 2

Vai para termi-nal +Vcc do CI

Vai para termi-nal -Vcc do CI

A) duas fontes DC

+Vcc

-Vcc

-Vcc +Vcc

Ativação da operação em série:

escravo segue o mestre

01/06/2017

6

2.1-Alimentação simétrica


b) Uma fonte DC + divisor resistivo

+Vcc

-VccVai para termi-nal - Vcc do CI

R

R


Fonte DC

- +

2.2- Alimentação assimétrica


c) uma fonte DC + Rz +Zener

+Vcc

-Vcc

Por exemplo: 12V e (-) 5V6

Vai para termi-nal - Vcc do CI

R


Fonte DC

Vz

Z

01/06/2017

7

2.3-Alimentação unipolar


Vai para termi-nal - Vcc do CI


Fonte DC

d) apenas uma fonte DC

+Vcc

-Vcc

2.4-Proteção da alimentação do AO


Fonte DC 1

Fonte DC 2


Vai para termi-nal -Vcc do CI

2) Ruídos sinais indesejáveis que

podem ocasionar o mau funcionamento

do componente.

Para isso utiliza-se a inserção de

capacitores de passagem para as

correntes parasitas de elevada

frequência.

A sua fixação deve ser a mais próxima

possível do pino de alimentação do CI.

+Vcc

-Vcc

1) Inserção de diodos: proteção

na entrada da alimentação

inversão de polaridade.

Fonte DC 1

Fonte DC 2

+Vcc

-Vcc

0,1 microF

0,1 microF

Capacitor cerâmico de valor entre 100nF a

300nF ligados no pino de alimentação. Artigo

do Newton Braga

01/06/2017

8

3-Modos de Operação


A-Sem realimentação:

Denominado também de operação em malha aberta ou laço

aberto e o ganho (ALA) do Amp-op é estipulado pelo fabricante,

onde não se tem o controle sobre o ganho.

Este tipo de operação é útil em circuitos comparadores.

B-Com realimentação – em malha fechada:

Uma amostra do sinal de saída é retornada para o circuito com a intenção de controle.

O ganho de tensão é controlado. Também chamado de malha fechada, laço fechado.

Realimentação Positiva o retorno do

sinal contribui ou aumenta o efeito da

tensão da entrada.

Realimentação Negativa o retorno do

sinal tem fase que se opõem ao efeito do

sinal da entrada.

R2= Rfeedback

3-Operação Sem Realimentação-Vout


❖A tensão de saída (Vo, Vout) é sempre menor que a de alimentação, diferindo desta

por um valor V de 0,7V até 2V, que indica as quedas de tensão internas do AmpOp.

O limite superior é denominado de tensão de saturação positiva e o inferior tensão de

saturação negativa.

Output Swing é a excursão do sinal entre a saturação positiva e negativa.

Obs: Essa excursão não deve ser superior ao valor da tensão de alimentação do AO.

VVccVV satout

VVccVV satout

Circuitos que utilizam o AmpOp em malha aberta, ou seja, Av .

O valor da tensão de saída Vo é limitado apenas pela tensão de saturação do CI,

que depende da alimentação (Vcc).

Se a diferença entre os sinais for positiva, a tensão de saída será +Vsat, caso

contrário a saída será –Vsat.

01/06/2017

9

3-Operação Sem Realimentação-Vout


A principal aplicação deste modo de operação é a comparação da intensidade de

um sinal de tensão com uma tensão de referência- Vref.

Nesta situação é denominado como:

-COMPARADOR INVERSOR=> sinal a ser

comparado é conectado no terminal

INVERSOR.

-COMPARADOR NÃO INVERSOR=>

sinal a ser comparado é conectado

no terminal NÃO INVERSOR.


a) Vref=0V

Vref

b) Vref 0V

Vref

b) Vref 0V

a) Vref=0V

Vref

Vref

3-SEM REALIMENTAÇÃO-Resumo das topologias

01/06/2017

10

3.1-Comparador Não Inversor

02 Jun 17 AT21- AmpOp sem realimentação

19

Vout

Vref

Vref=0V

+Vsat

-Vsat

VsatV

VinV

VVAV

O

O

dO

)0(

)(

Semiciclo positivo

Semiciclo negativo

VsatV

VinV

VVAV

O

O

dO

)0(

)(

3.1-Comparador Não Inversor


Vout

Exemplo:

Característica de Transferência:

Vref

Vref=0V

+Vsat

-Vsat

0

0

VinseVsat

VinseVsatVO

01/06/2017

11

3.1-Comparador Não Inversor Vref≠0



VrefVinseVsat

VrefVinseVsatVO

Vref

3.2-Comparador Inversor


Vref

+Vsat

-Vsat

Vout

VsatV

VinV

VVAV

O

O

dO

)0(

)(

Semiciclo positivo

Semiciclo negativo

VsatV

VinV

VVAV

O

O

dO

))(0(

)(

Vref=0V

01/06/2017

12

3.1-Comparador Inversor


Vref

0

0

VinseVsat

VinseVsatVO


Exemplo:

DETETOR DE PASSAGEM POR ZERO

+Vsat

-Vsat

Vout

3.2-Comparador Inversor Vref≠0


Vref

VrefVinseVsat

VrefVinseVsatVO


01/06/2017

13

4-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)

conteÚdo da aula -...

Documents