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Amplificador Operacional Básico - MINI · PDF file Este artigo descreve como identificar o amplificador operacional, ... O amplificador operacional possui duas entradas,

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  • Amplificador Operacional Bsico

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    Amplificador Operacional Bsico

    Eng.: Roberto Bairros dos Santos. Um empreendimento Bairros Projetos didticos

    www.bairrospd.kit.net

    Este artigo descreve como identificar o amplificador operacional, mostra as suas principais caractersticas e mostra como analisar circuitos com amplificador

    operacional como comparador e amplificador bsico!

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    Contedo

    1 Introduo.......................................................................................................... 3 2 O que um amplificador..................................................................................... 4 3 Amplificador diferencial ...................................................................................... 5 4 O Ampop Ideal e Real.......................................................................................... 6 5 O Ampop real ..................................................................................................... 7 6 Simbologia e apresentao do ampop .................................................................. 8 6.1 Pinagem dos ampop mais comuns ................................................................ 8

    7 Aplicaes do Ampop: ......................................................................................... 9 7.1 Circuito de alimentao do ampop: ............................................................. 10

    8 O Ampop como comparador .............................................................................. 11 9 O ampop como comparador digital: ................................................................... 12 9.1 Comparador por zero: ................................................................................. 13

    10 Comparador por referncia: ........................................................................... 17 10.1.1 Exemplo de comparador por referncia: ............................................. 18

    11 O Ampop como amplificador .......................................................................... 19 12 Teoria do zero virtual ..................................................................................... 20 13 O amplificador Inversor ................................................................................. 21 13.1 Clculo do ganho no circuito Inversor: ..................................................... 22

    14 O amplificador no inversor ........................................................................... 25 15 Buffer ou seguidor de tenso.......................................................................... 28 16 Amplificador em cascata: ............................................................................... 30

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    1 Introduo O amplificador operacional um componente baseado na tecnologia dos

    circuitos integrados onde o fabricante desenvolve um circuito complexo chamado amplificador diferencial na forma de circuito integrado.

    Este componente pode ser aplicado para a construo dos mais complexos

    circuitos analgicos, a sua aplicao simples, pois a parte mais complexa, que o circuito diferencial, j foi desenvolvida pelo fabricante do CI. Assim possvel desenvolver sofisticados circuitos acrescentando somente alguns componentes externos ao amplificador operacional.

    O Amplificador operacional um componente que revolucionou a construo

    de circuitos analgicos na mesma proporo que os computadores revolucionaram os circuitos digitais. A aplicao deste componente vai desde circuitos de medio a circuitos amplificadores de todo o tipo.

    Popularmente o amplificador operacional chamado de ampop.

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    2 O que um amplificador Um amplificador um circuito eletrnico que amplifica a energia de uma fonte

    colocada na sua entrada. Em um circuito do tipo amplificador de tenso, este aumento de energia

    priorizado pelo aumento da tenso, j no amplificador de corrente a prioridade o aumento de corrente. Um circuito amplificador, como aquele dos guitarristas, composto por uma etapa pr-amplificadora que aumenta a tenso e uma etapa de potncia ou sada que aumenta a corrente.

    Quando o amplificador de tenso, temos uma varivel muito importante que

    relaciona a tenso de sada do circuito com a tenso de entrada, esta varivel chamada Ganho de Tenso e descrita nas equaes como Av.

    O amplificador simbolizado por um tringulo como descrito na figura 1. A

    equao do ganho para um circuito normal :

    Av= Vout/Vin Onde: Av o ganho de tenso. Vin a tenso de entrada. Vout a tenso de sada.

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    3 Amplificador diferencial No amplificador normal existe somente uma entrada e a tenso de entrada a

    diferena de potencial entre este ponto e o terra, neste caso a fonte de sinal ligada entre a entrada do amplificador e o terra.

    O amplificador operacional possui duas entradas, este tipo de amplificador

    chamado amplificador diferencial. No amplificador diferencial a tenso de entrada a diferena de potencial presente entre as duas entradas, assim, no h necessidade do circuito de entrada estar aterrado. O sinal a ser amplificado est relacionado com a diferena de potencial entre as duas entradas, por isto este circuito chamado de amplificador diferencial. O smbolo de um amplificador diferencial um tringulo com duas entradas, uma chamada entrada mais e outra de entrada menos, como mostrado figura 1:

    Figura 1: Smbolo do amplificador diferencial.

    A equao do amplificador diferencial muito simples:

    )( + =

    VV

    VoutAv

    Onde (V+ - V-) a diferena de potencial entre os terminais de entrada com o

    sinal mais e o terminal de entrada com o sinal menos. A tenso de sada pode ser determinada pela equao:

    ).( + = VVAvVout Onde: Av o ganho de tenso do amplificador! NO amplificador operacional o ganho de tenso recebe uma letra o na base

    para indicar que este ganho referente somente ao circuito do operacional. Esta letra o pode ser memorizada como sendo a letra do operacional, mas na realidade significa ganho em malha aberta open em ingls, logo voc aprender o que significa isto!

    ).( + = VVAvoVout

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    4 O Ampop Ideal e Real

    Primeiramente vamos estudar o amplificador operacional como sendo um componente ideal imaginado pelos tericos.

    Vamos estudar as aplicaes deste componente pensando sempre no caso ideal.

    Na prtica no existe um amplificador operacional ideal, assim preciso fazer ajustes na teoria para podermos entender como funciona um circuito real.

    Felizmente a evoluo da eletrnica est fazendo com que os fabricantes a cada dia

    construam componentes do tipo amplificador operacional cada vez mais prximos do ideal.

    As principais caractersticas do ampop ideal so:

    Altssimo ganho(Avo=): O ganho de tenso do ampop ideal teoricamente infinito. Esta uma das principais caractersticas do ampop!

    Alta impedncia de entrada (Zin=): Isto equivale a dizer que o ampop no consome nenhuma energia do circuito conectado a sua entrada, no h corrente circulando para dentro ou para fora das entradas do ampop!

    Baixa impedncia de sada (Zout=0): Isto significa que o ampop pode alimentar qualquer circuito conectado a sua sada, desde um radinho de pilha at um trem!

    Banda de freqncia infinita (fo= ): A freqncia de trabalho do ampop ideal infinita, isto , pode trabalhar tanto em circuitos de udio como rdio freqncia.

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    5 O Ampop real Na prtica o ampop real tem um comportamento prximo do ideal somente

    para algumas das caractersticas: As caractersticas que o ampop real consegue ficar prximo do ampop ideal

    so:

    Alto ganho: O ganho do ampop real est na faixa de 20000, assim uma tenso de entrada de 1mV (0,001V) aparece na sada com um valor de 20000 mV ou

    20V. Como a tenso de alimentao do ampop real da ordem de 15V a tenso que aparece na sada a mxima +15V.

    Alta impedncia de entrada: O ampop real tem impedncia de entrada da ordem de 10 M o que significa que para executar sua funo de amplificador drena corrente da ordem de Pico Ampres, correntes que os instrumentos normais no conseguem medir. Por outro lado existem caractersticas que o ampop real est longe de conseguir

    como:

    Alta Impedncia de sada: O ampop real construdo para trabalhar com baixas correntes de sada, normalmente na ordem de 10 mA, assim so bons para funcionarem circuitos pr-amplificadores e no sendo bons para trabalharem como amplificadores de sada. J existem fabricantes tentando construir ampop reais de potncia, mas este tipo de dispositivo ainda no tem uma aplicao prtica conveniente, por outro lado, a maioria dos circuitos amplificadores de potncia no mercado apresenta um comportamento similar ao ampop, por isto so desenhados com o mesmo smbolo do ampop!

    Faixa de freqncia: Em geral o ampop real consegue trabalhar bem em freqncias baixas, na faixa de udio de at 20 KHz, no so bons para trabalhar em RF, no entanto existem ampops especialmente desenvolvidos para operarem em circuitos de vdeo (altas freqncia). Para tornar o ampop real mais prximo do ideal existem circuitos de

    compensao que podem ser calculados para cada aplicao, isto ser visto na seo de circuito com ampop real.

    Mais adiante vamos estudar as caractersticas do ampop real com mais

    detalhes.

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    6 Simbologia e apresentao do ampop O smbolo do

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