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EE530 Eletrônica Básica IFabiano Fruett
Aula 8A - Amplificador Operacional Ideal
• Características ideais
• Realimentação negativa
• Amplificador não inversor
• Amplificador inversor
• Somador, Retificador de precisão, Amplif. Logarítmico, Amplif. de raiz quadrada
2
O amplificador operacional é um circuito eletrônico
de grande versatilidade que tem larga aplicação
Simbologia básica:
( )0outV A v v+ −= −
2
3
Exemplo de Encapsulamento
4
Circuito equivalente simplificado do amplificador de tensão
3
5
Amp Op com os terminais de alimentação
6
Circuito do amp op 741
Fonte: Sedra/Smith Fig. 10.1
4
7
Características ideais de um amp. op. de tensão:
• Ganho diferencial infinito• Impedância de entrada infinita• Impedância de saída muito baixa• Velocidade infinita• Excursão do sinal de saída de V+ até V-
• Offset nulo
• Função de transferência linear
• Módulo e fase inalterados pela frequência
• Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR) infinita
B 8
Função de transferência e Regiões de operação
5
B 9
Função de transferência com offset
10
Resposta em frequência
Os amplificadores são dispositivosdiretamenteacoplados (d.a.), o que significa que umamplificador diretamente acoplado é aquele queamplifica sinais cujas frequências são baixas oumesmo zero. O amplificador ideal amplificarásinais de qualquer frequência com o mesmoganho. Contudo, o amplificador real possui faixade passagem em frequência limitada.
6
11
Para que serve um amplificador ideal com ganho infinito
V0
V+
Vd
V-
12
Realimentação negativa
Além de possibilitar o controle do ganho, a realimentação beneficia outros aspectos, que serão vistos posteriormente.
0 0
01S
X A
X A B=
+
0
7
13
Qual o valor do ganho realimentado?
0
01out
vin
V AA
V A= =
+
Qual o valor de B?
0
1S
X A
X AB=
+
0( )out in outV A V V= −
C 14
Seguidor de tensão (Buffer)
• Ganho unitário
• Alta impedância de entrada
• Baixa impedância de saída
Sedra Fig. 2.19
8
Curto Circuito Virtual
15
Considerando que o ganho em malha aberta é infinito e que a saída do amplificador
não está saturada podemos fazer a consideração do Curto Circuito Virtual , ou seja v+ = v- .
out inV V=
B 16
Configurações de amplificadores realimentados
• Inversor• Não inversor
9
B 17
Análise da configuração não-inversora
usando o conceito do curto-circuito virtual
Verificamos que:
• é independente do ganho de malha aberta A
• é positivo, o que significa que v0 está em fase com relação a vI
• A impedância de entrada desta configuração é idealmente infinita a impedãncia de saída é baixa
vA
vA
Negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada!
18
Casos extremos de realimentaçãoconsiderando A0 infinito
0out
vin
VA A
V= = 1out
vin
VA
V= =
10
19
Análise da configuração não inversora
supondo o ganho A finitoOBS: Aqui não podemos aplicar
o conceito do curto-circuito virtual!
20
Modelo equivalente da configuração não inversora
11
21
Análise da configuração inversora usando o conceito do terra virtual
Novamente, negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada!
+
-
B 22
Análise do efeito do ganho A finito
2 1
2 1
/
1 1 / )/O
vI
R RA
R R A
−= =v
v +( +
12
23
Resistência de entrada e de saída para o circuito na configuração inversora (supondo amp op ideal)
B 24
Exercício: Calcule a resistência de entrada da configuração inversora supondo amp. op. real (com
A finito)?
21 1I
RR R
A= +
+
Sedra/Smith Fig. 2.5
13
25
Circuito Somador inversor
+++−= n
n
fffO R
R
R
R
R
Rvvvv ⋯2
21
1
Sedra Fig. 2.15
26
Exemplo de aplicação:
Conversor digital analógico
[ ]33
22
11
00 2222
16aaaa
R fO +++−=v
Sedra: Problema P2.21
MSBMost
Significant Bit
LSBLeast
Significant Bit
14
27
Circuito somador não inversor
Foi visto anteriormente que a impedância de entrada de umamplificador não inversor com entrada única é muito alta.No caso acima a situação é outra pois:
1 21 2
1 2
( ) 1 Fo
a
v v Rv R R
R R R
= + +
Fonte: Savant, Roden e Carpenter
1 1 2IR R R= + 2 2 1IR R R= +
Como ficaria a expressão da impedância de entrada para um circuito somador com n entradas?
C 28
Combinando entradas inversoras com não inversoras
Exercício: Aplicando o teorema da superposiçãoencontre a expressão geral para a tensão vo
Fonte: Savant, Roden e Carpenter
15
29
Retificador de precisão
30
Amplificador Logarítmico
S
inTout IR
VVV
1
ln−=
16
CH8 Operational Amplifier as A Black Box 31
Amplificador de raiz quadrada
TH
oxn
inout V
RL
WC
VV −−=
1
2
µ
B 32
Sugestão de estudo
• Razavi, cap. 8 até seção 8.3.3, exceto 8.2.3
• Sedra/Smith, cap. 2
Problemas seção 2.2 até 2.3
• Sedra/Smith à realimentação cap. 8 seção 8.1 Exercício 8.1, Problemas seção 8.1