Click here to load reader

Amplificadores Operacionais - MINI PORTAL - INÍ · PDF fileEstudo geral do Amplificador Operacional (cont.) O AmpOp apresenta um curto circuito virtual entre os terminais de entrada

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Amplificadores Operacionais - MINI PORTAL - INÍ · PDF fileEstudo geral do Amplificador...

  • 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.

  • Amplificadores Operacionais

    O AmpOp real

    14 pinos8 pinos

  • Amplificadores Operacionais

    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

  • Amplificadores Operacionais

    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.

  • Amplificadores Operacionais

    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