Amplificadores Operacionais e Filtros AtivosOBJETIVOSIntroduzir
amplificadores operacionais em configuraes bsicas e alguns filtros
ativos
Prof. caro dos Santos [email protected]
Amplificao de SinaisProjetar um amplificador de sinais de
entrada para que o sinal possa ser adquirido digitalmente. Sinais
de entrada tpicos:Termopar, RTD, presso,strain gauges, PH, etc.
Sadas tpicas:Tenses (0 a 5 ou 0 a 10 volts)
Amplificador Operacional (Op Amp)Um amplificador operacional (Op
Amp) um circuito integrado que realiza amplificao de sinaisVi1 Vi2A
B
+
Vout
Op amps tm um ganho extremamente alto (A=105 tipicamente).
tipicamente Op amps tambm tm uma alta impedncia de entrada (R>4
M, tipicamente) e baixa impedncia amente de sada (na ordem de 100 ,
tipicamente) tipicamente
Vout = (Vi1 Vi 2 ) A
Algumas Caractersticas do Amp OpAlto ganho Alta impedncia de
entradaNot used8 7 6 5
Offset null
Baixa impedncia de sada Largura de banda alta
Offset null
1
2
3
4
Tenso de Sada do Amp OPA faixa linear de um amplificador finita
e limitada tenso de alimentao e s caractersticas fsicas do
amplificador. Se um amplificador usado alm da sua faixa de operao,
erros grandes ocorrero porque ele no ser capaz de amplificar
corretamente o sinal.
Vout ARegio linear Regio no linear
Vin
Anlise de um Amp OpAs seguintes regras podem ser aplicadas a
quase todos os amp ops: o A corrente de entrada muito pequena e
pode-se assumir que ela zero. o Porque o ganho muito alto, pode-se
assumir que as entradas tm a mesma tenso.
Vi1 Vi2
A B
+
Vout
Vout = AOG (V+ V )
Amplificador Ideal com e sem Realimentao (Feedback)VS V1
V G= 2 V1
V2
VS
V1
V G= 2 V1
V2R1
VF Um op-amp ideal tem um alto ganho em 0 Hz.
V1 = VS + VF
R2
V2 G= V1
Amplificadores ideais normalmente so usados com uma realimentao
externa
H=
R1 VF = V2 R1 + R2
A=
V2 G 1 = VS (1 GH ) H
Amplificador InversorRF
R1 VinA B
+R1 R F R1 + R FVout
Ponto B est aterrado, assim como o ponto A (muito pequena a dif
de tenso). Tenso em R1 Vin, e em RF Vout. A tenso no n de sada
determinado pela LKC. Ganho em tenso determinado pela razo de R1 e
RF.
R3 =
V R G = out = F V in R1
Anlise do Amplificador InversorRF iF R1 Vin i1 R Vi- A i+
V+B
Q V out = A OG (V + V A OG Vout
)
+
i1 = i + i F = i Fi1 = V IN V R1 e iF = V V out RF
Caractersticas ideais:
i+ = 0 V + = 0 V = 0V V IN = out R1 RF
i = i+ = 0V = V+
ou
V out R = F V in R1
Amplificador No-InversorPonto VA igual a VinRF
Circuito op-amp divisor de tensoV A = V out ( 1 + R f / R 1
)Vout
R1A
+
Vin
B
Ganho em tenso determinado pela razo de R1 e RF.
V out RF G = =1+ V in R1
Amplificador DiferencialRF
V1 V2
R1A
+Vout
R2B
Tenso em um terminal de R1 V1, e em um terminal de R2 V2.
Normalmente: R1 = R2, e RF = R3. Muito usado em eletrnica para
amplificar diferena entre sinais
R3
V out =
RF (V 2 V 1 ) R1
Projeto de um Amplificador DiferencialRF
Projeto de um amp op diferencial. R1 = R2, RF = R3 Determine o
ganho de tensoVout
R1 V1 V2 R2 B R3 A
-
V
1
+
V R1
A
=
V
A
V RF
OUT
+ iA
V
2
i A = iB 0
V R2
B
=
V B + iB R3
VA VB
V out =
RF (V 2 V1 ) R1
V OUT (V A V B RF
V V OUT V1 V A V V VB = A B + 2 R1 RF R3 R2
) = (V 2
V 1 ) (V A V B R1
)
Fundamentos de Filtros Ativos
input
Filtro
output
Filtrando:
O sinal mantido Rudo eliminado
Classificao de FiltrosFiltros AnalgicosTipo de elemento
Digitais
Largura de Banda
Ativo
Passivo
Passa-Baixa
Passa-Faixa
Passa-Tudo
Passa-alta
Rejeita-Faixa
Filtros AtivosFiltros ativos usam Op-Amps para atenuar
determinadas freqncias e amplificar o sinal durante o processo de
filtragem. Fator Q de um filtro definido como:
Q=
fC
( fH fL )
Projeto de um Filtro Passa-BaixaC
A freq de -3 dB:
fH = 1( 2RF C )R VinA B
RF
O ganho DC:
+Vout
K LP =
RF
R
Funo de transferncia:
F .T . = K LP
0 s + 0
Exemplo: Projete um passa-baixa com freq 3 DB em 5 kHz e ganho
DC de 10: Duas equaes, trs incgnitas Arbite um valor
Projeto de um Filtro Passa-AltaA freq de -3 dB :
fH = 1
C1 Vin
RF R1A B
(2R1C1 )RF R1
+Vout
O ganho DC:
K HP =
Duas equaes, trs incgnitas
Funo de Transferncia:
F .T . = K HP
s s + 0
Arbitre um componente, e determine o valor dos outros
componentes usando equaes
EXERCCIOSProjete filtros passa-baixas e passa-altas ativos nas
freqncias de corte de 10, 100, 500, 1000 e 5000 Hz. Uma vez
projetados, plote os diagramas de Bode dos circuitos no Matlab
