Amplificadores Operacionais
AmpOp - Amplificador Operacional - um amplificador de alto ganho e acoplamento directo que utiliza um controlo de realimentao (feedback) para controlar as suas caractersticas.
Contm uma sada, controlada por duas entradas (+ e -).
Tenso aplicada entrada positiva (+), amplificao mantendo polaridade Tenso aplicada entrada negativa (-), amplificao invertendo polaridade
REPRESENTAO
Vp
Vn
Vo
+
-
Standard
Vo(+)
(-)
Vp
Vn
+
-
Av(vp -vn )
Modelo Elctrico
Amplificadores Operacionais
Histria:
1 Gerao: desenvolvidos na dcada de 40 c/ vlvulas;
2 Gerao: inveno do transistor bipolar (1948):
melhorias de caractersticas, consumo, espao ocupado, etc;
3 Gerao: 1963, primeiro AOP em CI, A702
(Fairchild): baixa resistncia de entrada, baixo ganho, alta
sensibilidade a rudos, etc;
1965: A709, primeiro AOP confivel;
1968: A741, utilizado, com o 709, at hoje;
4 Gerao: 1975, BIFET= BIPOLAR c/ JFET , LF351
(NATIONAL), CA3140 (RCA).
Amplificadores Operacionais
O AmpOp ideal
Vo(+)
(-)
Vp
Vn
+
-
Av(vp -vn )
Zo= Zo= 0
Impedncia de entrada
Ganho Av=
Tenso de sada
Vo=Av(vp -vn )= .0 = indeterminada
Tenso de modo comum
vp -vn =0 (curto circuito virtual)
Largura de banda
Amplificadores Operacionais
Aplicaes
Em quase todos os campos da electrnica linear e no linear e ainda em aplicaes digitais.
Amplificadores lineares;Amplificadores no lineares;Comparadores;Filtros (passa baixo,passa alto, passa banda e stop banda);Aplicaes logartmicas (multiplicadores, divisores, raiz quadrada, exponenciadores);Multivibradores;Osciladores;Reguladores (tenso - srie e switching; corrente; preciso, etc...);Amostradores.
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O AmpOp real
14 pinos8 pinos
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O AmpOp real (cont.)
Vp
Vn
Vo
+
-2
3
6
4
7
V+
V-
LM741
Ganho Av > 100Largura de banda 0,5 a 5 MHz
Slew rate 1V/s
Impedncia de entrada > 108
Impedncia de sada < 100
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Estudo geral do Amplificador Operacional
Quando includo num circuito o AmpOp apresenta um conjunto de elementos passivos a si associados
vp
vnvo
-
+
Av
0 V
v-
v+
Zf
Zi-
Zi+
Zp
i -
i+ i
i -- i
i++ iAdmite-se Av=
Zi =
Z0 = 0
Zi Z0
Amplificadores Operacionais
Estudo geral do Amplificador Operacional(cont.)
O AmpOp apresenta um curto circuito virtual entre os terminais de entrada
v+ - v- = 0
ento, porque Zi =
i = (v + - v- )/ Zi = 0/
logo
i = 0
Condio 1
Amplificadores Operacionais
Estudo geral do Amplificador Operacional(cont.)
Condio 2
Ento, pelas condies anteriores, o esquema geral do AmpOptomar a forma
vlido o princpio da sobreposio
vp
vnvo
-
+
v=0
0 V
Zf
Z-
Z+
Zp
i -
i+
i -
i+
Onde: Z - - Impedncia de entrada pelo terminal negativo; Z +- Impedncia de entrada pelo terminal positivo;
Zf - Impedncia de realimentao (feedback);
Zp - Impedncia de polarizao;
i - - Corrente fornecida ao terminal negativo, e
i+ - Corrente fornecida ao terminal positivo.
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Equao geral de funcionamento
Por aplicao da lei das malhas de Kirckoff
Determinemos o valor dos potenciais em jogo, em relao ao potencial(zero) de referncia.
1 malha (circulao da corrente na entrada negativa)
vn -
+
0 V
Z-
Zp
i -
i+
v=0
+
vn = Z-.i - + Z p.i
+
Amplificadores Operacionais
Equao geral de funcionamento (cont.)
2 malha (circulao da corrente na entrada positiva)
vp
-
+
0 V
Z+
Zp
i +
i+
+
vp = Z+.i + + Z p.i
+
Amplificadores Operacionais
Equao geral de funcionamento (cont.)
3 malha (circulao da corrente na sada)
v0 = - Z f.i- + Z p.i
+
+
vo
-
+
v=0
0 V
Zf
Zp
i -
i+
Amplificadores Operacionais
Equao geral de funcionamento (cont.)
Da equao da segunda malha, tem-se:
i + = vp /(Z++ Z p)
Substituindo na equao da primeira malha, vem:
i - = vn /Z-- Z p /Z
-. vp /(Z
++ Z p)
Utilizando agora a equao da terceira malha, obtm-se:
v0 = - Z f. [vn /Z-- Z p /Z
-. vp /(Z
++ Z p)] + Z p. [vp /(Z
++ Z p)]
Amplificadores Operacionais
Equao geral de funcionamento (cont.)
Finalmente:
Z-
Z-
Z++Z p
v0 = - vn + (1+ ). vpZ f Z f Z p
A que chamamos: Equao Geral de Funcionamento
Nota:
Quer o mtodo de deduo desta equao, quer a equao propriamente
dita, podem ser utilizados para a determinao do ganho de qualquer
montagem particular.
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps
Amplificador inversor
vivo
-
+
0 V
Rf
Ri
Rp
Pela equao geral de funcionamento, notando que:
Z-=R i vn = vi
Z+= vp = n.a.
Zf =R f v0 = v0Zp =R p
R i
v0 = - viR f
Nota: A tenso de entrada vi pelo terminal negativo amplificada pelo factor R f/R I sendo a tensov0 de valor simtrico a vi
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Amplificador no inversor
Pela equao geral de funcionamento, notando que:
Z-=R i
-vn = 0
Z+=R i
+vp = vi
Zf =R f v0 = v0Zp =R pvo
-
+
0 V
Rf
Ri-
Rp
vi Ri +
0 V
R i-
R i++ R p
v0 = (1+ ). viR f R p
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Amplificador no inversor .
Fazendo R i+= 0 e R p= vem
vo
-
+
Rf
Ri-
vi
0 V
R i-v0 = (1+ )vi
R f
Forma mais vulgar deste amplificador
Amplificadores Operacionais
Amplificador diferencial
Pela equao geral de funcionamento, notando que:
Z-= Z
+= R i
Zf = Zp = Rf
vp
vnvo
-
+
0 V
Rf
Ri
Ri
Rf
R iv0 = (vp - vn )
R f
Se, no limite se tiver, Rf = R i , ento:
v0 = vp - vn
Amplificadores Operacionais
Amplificador somador (adio e subtraco)
Tenso de sada:
vo=Av1v1+Av2v2+... +Av8v8
v5
v4vo
-
+
0 V
Rf
R4
R5
Rp
v1 R1v2 R2v3 R3
Rn 0 V
v6 R6
R7
R8
v7
v8
Onde para as entradas pelo terminal negativo se tem:
Avj=- Rf /Rj c/ j = 1 ...4
E para as entradas pelo terminal positivo:
Avj= (1+Rf /Rx)[Rc/(Rc+Rj)] c/ j = 5 8
Onde:
Rc = // Rm e Rx = // Rmm={58,p}\j m={14,n}
Trata-se dum somador/subtractor pesado
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Adaptador de impedncias (o seguidor de tenso)
Pela equao geral de funcionamento, notando que:
Z+= Zf = 0
Z-= Zp =
vo=v1
Qual a utilidade?
vo
-
+vi
Zo= Zo= 0
Adaptao/isolamento de impedncias
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Conversor tenso/corrente
Pela eq. GF, notando que: Z-= R s ; Z
+= 0; vn= 0
Zf = R L; Zp = ; vp= vi
R sv0 = vi
R s+R L
como:
vi vo
-
+
0 V
Rs
RL
io
v0i0 = R s+R L
Tem-se: vii0 = R s Note-se a independncia da carga
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Conversor corrente/tenso
Pela lei das malhas tem-se:
v0 = -R f .ii
R f , assim, o factor de converso
vo
-
+
ii
Rf
0 V +
Amplificadores Operacionais
Circuitos tpicos com AmpOps (cont.)
Integrador
vo
-
+
vi R
0 V
C
Pela eq. GF, notando que: Z-= R ; Z
+= ; vn= vi
Zf = 1/(Cs); Zp = 0; vp= na
v0 = - .vi1
RCs
Aplicando a transformada inversa de Laplace tem-se:
v0(t) = -RC vi(t)dt
s=j
Amplificadores Operacionais
Impedncia de entrada e impedncia de sada
Ganho finito e tenses de saturao
Erros de polarizao: tenso e desvio (offset) e correntes de polarizao
Taxa de inflexo
Resposta em frequncia
Produto ganho largura de banda
Distoro harmnica
Rudo
Amplificadores operacionais reais
Amplificadores Operacionais
Pinagem:
-
+
2
3
6
8 4
1 5 7
751/351
1 e 5 - balanceamento OFFSET
2 - entrada inversora
3 - entrada no inversora
4 - alimentao negativa (-3 V a -18 V)
7 - alimentao positiva ( 3V a 18V)
6 - Sada
8 - No conectado
741
1 2 3 4
8 7 6 5
12 3 4
5678
Amplificadores Operacionais
Fabricantes e Cdigos do 741:
FAIRCHILD A741
NATIONAL LM741
MOTOROLA MC1741
RCA CA741
