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DELET - EE - UFRGS
Circuitos Eletrnicos I
ENG 04077
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Prof. Dr. Hamilton Klimach
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 2
O que ?
Bloco analgico de baixo custo
Amplificador pronto para o uso Verstil
Eficiente
Com vasta gama de aplicaes
Caractersticas Ganho elevado
Entrada na forma diferencial (amplifica a diferena entre os sinais de duas entradas)
Baixa impedncia de sada e alta impedncia de entrada
Emprega realimentao para determinar a relao entre a entrada e a sada (ganho)
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Para que serve?
Originalmente, o AmpOp foi desenvolvido visando a implementao de operaes matemticas sobre os sinais Multiplicao por constante (amplificao)
Soma (subtrao)
Produto (diviso)
Integrao (diferenciao)
Potncia (raiz)
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Onde aplicado?
Amplificadores em geral
Circuitos comparadores de nvel
Osciladores
Filtros
Sensores
Amostradores e Retentores (sample & hold)
Conversores (ADC e DAC)
Outros...
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Pioneiros
George Philbrick K2-W AmpOp (1952)
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Pioneiros
Robert Widlar: uA702 - 1 AmpOp monoltico
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Pioneiros
Fairchild uA702 (1964): 1 AmpOp monoltico
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Pioneiros
Fairchild uA741 (1968): 1 AmpOp com compensao
interna de frequncia (Dave Fullagar)
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Apresentando o AmpOp
Simbologia e conexes
Dois terminais de entrada (diferencial)
Um terminal de sada (geralmente)
Dois terminais de alimentao (simtrica)
Geralmente, no apresenta conexo de terra
Entradas Sada
Fontes de
Alimentao
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AmpOp Ideal x Real
AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL
-Ganho diferencial infinito (Ad)
-Impedncia de entrada infinita (Ri)
-Impedncia de sada zero (Ro)
AMPLIFICADOR OPERACIONAL REAL
-Ganho diferencial alto
(Ad: 20.000 a 1.000.000)
-Impedncia de entrada alta
(Ri: 50 k a 5 M)
-Impedncia de sada baixa
(Ro: 10 a 200 )
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Estrutura Interna
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Modelo Linear Ideal
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Representao de Sinais
Representao de dois sinais V1 e V2 atravs da superposio de dois
sinais, um diferencial (Vd) e outro de modo comum (Vcm)
2
2
2
2
1
12
12
dcm
dcm
cm
d
vvv
vvv
vvv
vvv
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Amplificadores Operacionais
Aplicaes
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Amplificador Inversor A.O. ideal
Configurao Inversora
Resistncia de Entrada Infinita
Corrente de entrada 0
OpAmp ideal
com ganho infinito
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Exerccio - Amplificador Inversor
Calcule a expresso analtica do ganho do
amplificador abaixo.
Vantagem: operar com alto ganho empregando resistores de
realimentao no elevados!
OpAmp ideal
com ganho infinito
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Exerccio - Amplificador Inversor
Para o circuito abaixo determine os valores de v1, i1, i2, vo, iL e io. Determine o ganho de tenso vo/vi, o ganho de corrente iL/ii e o ganho de potncia PL/Pi (considere A)
OpAmp Ideal
com ganho infinito
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Amplificador Somador Ponderado
Permite a soma de sinais com diferentes pesos
OpAmp Ideal
com ganho infinito
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Amplificador Somador/Subtrator
Permite a soma de sinais com
pesos positivos (no inversor) e
negativos (inversor)
Qual a expresso de vo?
Caso clssico do emprego do
teorema da superposio de efeito
para determinao de vo!
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Amplificador No-Inversor
Configurao No Inversora Configurao Inversora
Quais so as diferenas entre as duas topologias?
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Amplificador No-Inversor
Seqncia de Anlise
Considerando o como OpAmp ideal:
1. O Ganho infinito do OpAmp implica em tenso diferencial 0
2. A tenso na entrada + replicada para a entrada - (tenso diferencial 0)
3. Calcula-se a corrente em R1
4. Corrente de entrada igual a 0
5. A corrente em R2 igual a R1
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Buffer ou Seguidor de Tenso
Caso particular do amplificador no inversor
Tem ganho unitrio
Tem por finalidade isolar a fonte de sinal da carga
Tem resistncia de entrada infinita (Ideal)
Tem resistncia de sada 0 (Ideal)
Circuito Modelo Eltrico
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Exerccio
Determine a expresso da tenso de sada vo em
funo das tenses de entrada v1 e v2 (funo de
transferncia do circuito).
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Amplificador Subtrator
Anlise por Superposio
Efeito de vI1
Efeito de vI2
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Amplificador Subtrator
Anlise por Superposio
Efeito de vI1
Efeito de vI2
1
1
21
2 0
Io
I
vR
Rv
v
2
1
2
43
42
1
1
0
Io
I
vR
R
RR
Rv
v
1
1
22
1
2
43
4
21
1 IIo
ooo
vR
Rv
R
R
RR
Rv
vvv
121
2
1
1
22
3
43
43
4
1
1
22
1
2
43
4
1
2
3
4
1
R Fazendo
IIo
IIo
IIo
vvR
Rv
vR
Rv
R
RR
RR
Rv
vR
Rv
R
R
RR
Rv
R
R
R
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Amplificador Subtrator
Anlise do efeito da tenso de Modo Comum - vCM
0
Se
1
1
2
1
2
3
4
1
2
3
4
43
3
1
2
1
2
43
4
CM
d
CM
oCMCM
CMoCM
A
R
RA
R
R
R
R
R
R
R
R
RR
R
v
vA
vR
R
R
R
RR
Rv
CMR = Ad/ACM
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Amplif. de Instrumentao
Configurao Inicial Configurao Melhorada
Verso Inicial:
1. A tenso de modo comum tem o
mesmo ganho que a tenso
diferencial no primeiro estgio
2. O Segundo Estgio responsvel
pelo CMR
Verso Melhorada:
1. A tenso de modo comum no amplificada
(Gcm = 1) no primeiro estgio, diminui a
relao Vcm/Vd
2. O Segundo Estgio responsvel pelo CMR
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 28
Amplif. de Instrumentao
Clculo da funo de transferncia
Para promover a variao de
ganho o resistor 2R1 pode
ser substitudo pelo conjunto
ao lado.
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Amplificadores Operacionais
No-Idealidades
Caractersticas e Limitaes Reais
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 30
Amplificador Linear Ideal
Amplificador de tenso excitado com um sinal vI(t) e conectado a uma
carga resistiva RL Caracterstica de transferncia de um amplificador linear de tenso com
ganho de tenso Av.
iVo vAv
sinal vO RL vi
AMPL
VCC
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Amplificador Real
H uma parcela na sada que independe da entrada O ganho Av depende do sinal (amplitude e frequncia), da
alimentao, da temperatura, da carga, etc A dependncia de Av. com a frequncia do sinal possui
partes linear e no-linear
,...,,
,...,,,,
CCL
CCLiVV
iVo
VTRVV
VTfRvAA
VvAv
sinal vO RL vi
AMPL
VCC
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Modelo de um AmpOp
Modelo de um AmpOp real
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 33
Especificaes de um AmpOp
Especificaes de
um AmpOp real ???
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 34
Limitaes Estticas - DC
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 35
Tipos de Caractersticas Estticas
As caractersticas estticas principais de um
AmpOp so:
Ganho diferencial finito
Tenso de off-set
Correntes de polarizao de entrada
ENG-04077 Circuitos Eletrnicos I 36
Amplificador Inversor Ganho finito
Efeito do ganho diferencial finito no ganho do amplificador (realimentado)
dAR
R
I
o
d
oo
d
oI
R
R
v
v
A
vRiv
iR
A
vv
i
11
2
21
2
1
1
1
211
1
OpAmp ideal
com ganho finito A
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Amplificador Inversor Gan
