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Eletrônica Analógica Amplificadores Operacionais 1

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Eletrônica Analógica

Amplificadores Operacionais

1

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Amplificador operacional

2

Inicialmente os Amplificadores operacionais foram desenvolvidos visando a implementação de “operações matemáticas” sobre os sinais: – Multiplicação por constante (amplificação) – Soma ou subtração – Produto ou divisão – Integração ou diferenciação

Aplicação:

– Amplificadores em geral – Circuitos comparadores de nível – Osciladores – Filtros – Sensores – Amostradores e Retentores (sample & hold) – Conversores (ADC e DAC) – Outros...

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Amplificador operacional

Circuito utilizando Amplificador Subtrator

Exemplo de Aplicação: Sistemas de Controle

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Amplificador operacional

4

Características – Ganho elevado – Entrada na forma diferencial (amplifica a diferença entre os sinais de duas entradas) – Baixa impedância de saída e alta impedância de entrada – Emprega realimentação para determinar a relação entre a entrada e a saída (ganho)

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Amplificador operacional

5

• Característica de transferência de Tensão do Amplificador operacional

Características Ideais dos Amplificadores Operacionais

Resistência de entrada Ri = ∞ Resistência de saída R0 = 0 Ganho de tensão AV = ∞ Largura de faixa BW = ∞ Tensão de saída V0 = 0 quando Vi = 0 Independente da temperatura

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Amplificador operacional

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Tensões e correntes terminais

Para uma análise dos amplificadores no modelo ideal, utilizaremos dois conceitos básicos:

1. As tensões do terminal positivo é igual á tensão do terminal negativo V+ = V_

2. As correntes de entrada dos terminais positivo e negativo são iguais a zero I+ = I_ =0

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Amplificador operacional

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Excursão máxima do sinal de saída (limitada a fonte de alimentação )

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Amplificador operacional Configurações Básicas com Amplificadores Operacionais:

1. BUFFER 2. COMPARADOR 3. Amplificador INVERSOR 4. Amplificador NÃO INVERSOR 5. Amplificador SOMADOR INVERSOR 6. Amplificador SOMADOR NÃO INVERSOR 7. Amplificador SUBTRATOR 8. Amplificador de INSTRUMENTAÇÃO

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Amplificador operacional 1. BUFFER (CASADOR DE IMPEDÂNCIA, ISOLADOR)

0 iV V=

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Amplificador operacional 2. COMPARADOR

Ve

Vt

Vm

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Amplificador operacional

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3 - AMPLIFICADOR INVERSOR

1 01

1 2

1 01

1 2

1

20

1

0/ 1 :

1 2

1 , 2

1 2

0:

.

V V e I IP ponto v temos

i chegam i sai i iV VVi Vi i

R RV VVi Vi i

R Rsendo que V V Vlogo temos que

RV ViR

+ − + −

+ −

= = =

= → =

−−= =

−− /= → =

= = =

= −

∑ ∑

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Amplificador operacional 4 - AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR

1 01

1 2

1 01

1 2

1

20

1

0/ 1 :

1 2

01 , 2

1 2

:

1 .

V V e I IP ponto v temos

i chegam i sai i iV VVi i

R RV VVi i

R Rsendo que V V V Vilogo temos que

RV ViR

+ − + −

+ −

= = =

= → =

−−= =

−= → =

= = =

= +

∑ ∑

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Amplificador operacional 5 - AMPLIFICADOR SOMADOR INVERSOR

1 2 3

01 21 2

1 2

1

0 1 21 2

0/ :

0, ,

0:

. . ... .

nn

n f

f f f

n

V V e I IP ponto V temos

i chegam i sai i i i iV VV Vi i i e i

R R R R

sendo que V V Vlogo temos que

R R RV V V Vn

R R R

+ − + −

+ −

= = =

= → + + =

−= = = =

= = =

= − + + +

∑ ∑

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Amplificador operacional 6 - AMPLIFICADOR SOMADOR NÃO INVERSOR

1 2

1 21 2

1 1

1 2

1 2

1 1

1 2 ...

1 2

1 2

/ :...

, ,

... 0

... 0

, :

... 0...

n

nn

n

n

n

n

n

n

n

P ponto V temosi chegam i sai i i i i

V V V V V Vi i iR R R

i i i iV V V V V V

R R Rpara R R R R temosV V V V V V

V V VVn

+

+ + +

+ + +

= =

+ + +

+

= → + + + =

− − −= = =

+ + + = =

− − −+ + + =

= =

− + − + + − =+ + +

=

∑ ∑

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Amplificador operacional 6 - AMPLIFICADOR SOMADOR NÃO INVERSOR

( )

0

0

1 20

1 20

/ :

. ( )

0 .

, :....

...1 .

a

f a

a f

a

a f f a

a n

f a

f

P ponto V temosRV V por divisor detensão

R R

ou pela i chegam i sai i i

V V Vo RV VR R R R

sendoque V V temos queR V V VV

R R n

R V V VnV

R n

+

− −−

+

+ −

+

=

= → =

− −= → =

=+ + +

=

+ + + = +

∑ ∑

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Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR

Efeito de Vi1

Análise por Superposição

Efeito de Vi2

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Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR

Efeito de Vi1

3 4

1 2

1 01

1 2

1 01

1 2

201 1

1

/ :0, 0 0

log , 0/ :

, :0 0

.

P ponto V temosas correntes i i e i

o VP ponto V temos

i chegam i sai i i

vi V V vR R

sendoque V V temos quevi v

R RRv viR

+

+

+

− −

+ −

= = =

=

= → =

− −=

=− −

=

= −

∑ ∑

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Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR

Efeito de Vi2

102

1 2

42

3 4

4 12 02

3 4 1 2

2 4 1 3

402 2

1

/ :

.

/ :

.

, :

. .

, :

.

P ponto V temosRV V

R RP ponto V temos

RV ViR R

Como V V entãoR RVi V

R R R Re utilizando R = R e R = R teremos que

RV ViR

+

+

+ −

=+

=+

=

=+ +

=

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Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR

Assim, a saída 0 01 02V V V= +

( )

0 01 02

2 401 1 02 2

1 1

2 4 1 3

20 2 1

1

. .

:

.

V V V

R RV Vi e V ViR R

Lembrando que R = R e R = RRV Vi ViR

= +

= − =

= −

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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO

1

2 12

V VR−

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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO

( )

3

40 2 1

3

:, :

.

Analisandooampop ALembrando da análisedo subtrator temos

RV v vR

= −

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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO

( )

2 1

1

2

1

2 1

2 1

2 1 2

( ) 1ª ::

, 1:

, 2:

2 12

, :. 2

Para determinar v v dada pela equaçãoAnalisandooampop AV V entãoV VAnalisandooampop AV V entãoV VAssimtemos

V ViR

Comoatensãode v v é a diferença detensãodo ponto v até v temosv v R i

+ − −

+ − −

= =

= =

−=

− = + 1 2 2 1. . 2 . 2 .R i R i R i R i+ = +

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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO

( ) ( )

( )

( )

2 1 2 1 2 2 1

2 1 2 11 1

2 1

2 1

3

40 2 1

3

40

3

. 2 . . 2 . 2 .

2 1 2 12 22 2

2 2 1 2 11

2 1 . 2 11

( ) :

. , :

2. 1 .1

v v R i R i R i R i R i

V V V Vv v R RR R

Rv v V V V VRRv v V VR

Lembrandodaequaçãodoampop A subtratorRV v v temosRR RV VR R

− = + + = +

− −− = +

− = − + −

− = + −

= −

= +

( )2 1V−

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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO

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Amplificador operacional

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Amplificador operacional

Alimentação (Vcc) sempre simétrica. Não se utiliza como comparador com 0V.