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Eletrônica Básica Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes

Aula 8 By: Abraham Ortega Paredes. Amplificadores Operacionais Introdução Amplificador operacional ou amp – op Amplificador diferencial de ganho muito

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  • Amplificadores Operacionais Introduo Amplificador operacional ou amp op Amplificador diferencial de ganho muito alto Impedncia de entrada muito alta e impedncia de sada muito baixa Normalmente so utilizados para obter variaes na tenso (amplitude e polaridade) Para osciladores, filtros e circuitos de instrumentao Alguns tem estagio de amplificadores diferencias para produzir ganho muito alto de tenso.
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  • Amplificadores Operacionais Amplificador operacional de duas entradas e uma sada Entrada com terminao nica
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  • Amplificadores Operacionais Entrada (diferencial) com terminao dupla Uma entrada V d aplicada nos dois terminais de entrada Dois sinais separados so aplicados nas entradas V i1 - V i2
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  • Amplificadores Operacionais Sada com terminao dupla Um sinal de entrada aplicada a qualquer entrada resultara em sadas para ambos os terminais de sada com polaridades opostas
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  • Amplificadores Operacionais Sada com terminao dupla A figura mostra uma entrada com terminao nica com uma sada com terminao dupla. Um sinal aplicado na entrada mais resulta em duas sadas amplificadas de polaridades opostas
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  • Amplificadores Operacionais Sada com terminao dupla A figura mostra uma entrada com uma sada nica medida entre os terminais de sada (no em relao a terra). Esta sada diferena V 01 - V 02 tambm denominada sinal flutuante pois nenhuma sada o terra A sada diferena 2 vezes maior que V 01 ou V 02 pois so polaridades opostas ou seja 10V (-10V) = 20V
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  • Amplificadores Operacionais Sada com terminao dupla A figura mostra a operao entrada diferencial, sada diferencial A entrada aplicada entre os dois terminais de entrada e a sada tomada entre os dois terminais de sada Esta uma operao completamente diferencial
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  • Amplificadores Operacionais Operao modo comum Quando os mesmos sinais de entrada so aplicadas a ambas a s entradas As duas entradas so igualmente amplificadas e como produzem polarizaes opostas na sada estes, se cancelam fazendo-se = 0 Na pratica verifica-se um pequeno sinal de sada
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  • Amplificadores Operacionais Rejeio modo comum Todas as sinais opostas na entrada se amplificaro muito na sada Os sinais comuns nas entradas se amplificaro levemente Isto acontece com o sinal rudo que comum em todas as entradas
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Como a amplificao de sinais de entrada opostas muito maior do que as entradas comuns o circuito fornece uma rejeio de modo comum descrita por um parmetro chamado razo de rejeio de modo comum RRMC. Entradas diferencias Quando entradas separadas so aplicadas ao amp-op, o sinal diferena resultante a diferena entre as duas entradas Entradas Comuns Quando os sinais so iguais o sinal comum as duas entradas
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Tenso de Sada V d = Tenso diferena V c = Tenso Comum A d = Ganho diferencial do Amplificador A c = Ganho de modo-comum do Amplificador
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Entradas de Polaridades Opostas Se as entradas de polaridades opostas so sinais idealmente opostos V i1 = -V i2 = V s a tenso diferena resultante : Enquanto a tenso comum resultante : A tenso de sada resultante
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Entradas de Mesma Polaridade Se as entradas de mesma polaridade so aplicadas a um amp-op V i1 = V i2 = V s a tenso diferena resultante : Enquanto a tenso comum resultante : A tenso de sada resultante
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Rejeio de Modo Comum As relaes anteriores fornecem informao para medir A d e A c em amp-op Para medir A d faa V i1 = -V i2 = V s = 0,5 V tal que Enquanto a tenso comum resultante : A tenso de sada resultante
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Rejeio de Modo Comum Para medir A c faa V i1 = V i2 = V s = 1V tal que Enquanto a tenso comum resultante : A tenso de sada resultante
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Razo de Rejeio de Modo Comum Tendo obtido A d e A c podemos calcular a razo de rejeio em modo comum (RRMC) por: O RRMC pode ser tambm expresso em termos logartmicos por:
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Exe. Calcule o RRMC para o circuito das medidas mostrados
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Sol. Temos para a primeira fig. A d = V o /V d = 8V/1mV = 8000 Para a fig. 2 temos A c = V o /V c = 12mV/1mV = 12 Ento o valor de RRMC : RRMC = A d /A c = 8000/12 = 666,7 Podemos expressar a tenso de sada em termos de RRMC ento temos Agora podemos dizer:
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  • Amplificadores Operacionais Operao Diferencial e modo comum Exe. Determine a tenso de sada de um Amp-op para tenses de entrada Vi1 = 150V e V2i = 140V. O Amp-op tem um ganho diferencial de Ad = 4000 e o valor RRMC : (a) 100 e (b) 100000 Sol: (a) (b)
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Temos como amp-op bsico:
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Bsico
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Bsico
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Bsico Usando superposio pode-se resolver para a tenso V1 em termos das componentes devidas a cada um das fontes. Para a fonte V1 somente (- A v V i fixado em zero). Para A v V i apenas (V i em zero) A tenso total V i :
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Amp-Op Bsico A qual pode ser resolvida para Vi como: Se A v 1 e A v R 1 R f como sempre acontece ento: Resolvendo para Vo/Vi obtemos: De modo que:
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Ganho Unitrio Se R f = R i o ganho : O circuito fornece um ganho de tenso unitrio com inverso de fase de 180 Se R f exatamente igual a R i o ganho da tenso exatamente igual a 1.
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Ganho de Amplitude Constante Se R f algum mltiplo de R i o ganho uma constante, por exe. Se R f = 10R i, ento: O circuito fornece um ganho de 10, com inverso de fase de 180
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Terra Virtual A tenso de sada limitada pela fonte de tenso em tipicamente alguns volts. Os ganhos de tenso so altos por ex. V o =-10 e A v = 20000 O fato de que Vi 0 leva a um conceito de que na entrada do amplificador existe um curto circuito ou terra virtual A figura a seguir descreve o conceito de terra virtual onde A v tem que ter um valor muito grande
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  • Amplificadores Operacionais Fundamentos do AMP-OP Terra Virtual Usando o conceito de terra virtual podemos ter: A qual pode ser resolvida para V o / V 1 :
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Inversor o amplificador mais usado A sada obtida pela multiplicao da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R 1 e por R f. A sada invertida em relao a entrada
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Inversor o amplificador mais usado A sada obtida pela multiplicao da entrada por um ganho fixo ou constante fixado pelo R 1 e por R f. A sada invertida em relao a entrada
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador No Inversor Note que a tenso atravs de R 1 V 1 uma vez que V i 0 O mesmo vale para a tenso de sada que pode ser relacionada a V1 atravs do divisor de tenso entre R 1 e R f O que resulta em:
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador No Inversor Para determinar o ganho de tenso do circuito podemos utilizar (b) (b) (a)
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Seguidor Unitrio O ganho exatamente 1 sem inverso de polaridade claro que V o = V 1
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Somador O amplificador mais usado Cada entrada adiciona uma tenso sada acompanhada de seu correspondente fator de ganho
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Integrador Substituindo R f por C temos um integrador Seu circuito equivalente com terra virtual (b) mostra que uma expresso para a tenso entre entrada e sada pode ser deduzida em funo d acorrente I que flui da entrada sada.
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Integrador A impedncia capacitiva pode ser expressa como: Onde s = j a notao de Laplace e resolvendo para V o / V i Esta expresso podemos reescrever no domnio do tempo como:
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Integrador A capacidade de integrar um dado sinal da ao computador analgico a possibilidade de poder resolver equaes diferenciais e, por tanto, resolver eletricamente operaes de sistemas fsicos anlogos A operao de integrao semelhante ao de somar Mais de uma entrada pode ser aplicar ao integrador, com a operao resultante dada por:
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Integrador Um exemplo empregado no computador analgico dado
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  • Amplificadores Operacionais Circuitos Amp-op prticos Amplificador Diferenciador Proporciona uma operao til obtendo-se as relaes a seguir onde RC o fator de escala
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE ENTRADA V IO A folha de especificaes fornece o valor de V IO para o Amp-op
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, I IO
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD TENSOES DE DESEQUIOLIBRIO DE SAIDA DEVIDA CORRENTE DE DESEQUILIBRIO DE ENTRADA, I IO Para uma tenso de desequilbrio de sada total de Rc = R1 Resultando em:
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE DESEQUILIBRIO DE CD CORRENTE DE POLARIZAO DE ENTRADA, I B Corrente de polarizao media : Para
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA GANHO- LARGURA DE BANDA temos: B1 = Ganho Unitrio AVD = ganho diferencial de tenso 0,707 AVD = 3dB
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA TAXA DE SUBIDA, SR Taxa de subida = Mxima taxa na qual a sada do amplificador pode variar em volts por micro segundo (V/s)
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  • Amplificadores Operacionais Especificaes do Amp-op PARAMETROS DE FREQUENCIA MAXIMA FREQUENCIA DO SINAL Depende dos parmetros da largura de banda (B) como da taxa de subida (SR) Para um sinal sinusoidal A mxima taxa de variao : Para evitar distoro na sada a taxa de variao deve ser menor do que a taxa de subida. Tal que: