Slides ELAII Capitulo 2 Amplificadores Operacionais

Amplificadores Operacionais

Eletrônica Analógica II

2

Introdução

- A maioria dos amp ops são dispositivos de baixas potências (tipicamente menores que 1W).

- Alguns são otimizados em termos de largura de banda, outros em termos de offset de entrada, baixo ruído, etc.

- Essa é a razão da ampla variedade de amp-ops disponíveis.

- Diagrama em bloco de um amp op

3

Introdução

- Como o amp dif é o primeiro estágio, ele determina as características de entrada do amp op.

- Uma tensão de entrada zero resulta idealmente numa tensão de saída zero.

- Duas características importantes: entrada diferencial e a saída com terminação simples.

- Símbolo esquemático de um amp op

4

Introdução

- Características típicas de amp ops

Quantidade Símbolo Ideal LM741C LF157A

Ganho de tensão em malha aberta Avol Infinito 100.000 200.000

Frequência de ganho unitário Funity Infinito 1 MHz 20 MHz

Resistência de entrada Rin Infinito 2 MΩ 1012 Ω

Resistência de saída Rout Zero 75 Ω 100 Ω

Corrente de polarização de entrada Iin(bias) Zero 80 nA 30 pA

Corrente de offset de entrada Iin(off) Zero 20 nA 3 pA

Tensão de offset de entrada Vin(off) Zero 2 mV 1 mV

Razão de rejeição em modo comum CMRR Infinito 90 dB 100 dB

5

Introdução

- O LM 741C é um amp padrão, comercializado desde a década de 60.

- Suas características são as mínimas esperadas.

- Como o ganho de tensão é alto, os offsets de entrada podem saturar facilmente o amp op.

- Por exemplo, a realimentação negativa pode ser utilizada para ajustar o ganho de tensão total em um valor muito menor na troca por uma operação linear e estável.

- Quando nenhum percurso ou malha de realimentação é usado, o ganho de tensão é máximo e denominado ganho de tensão em malha aberta.

- Pode-se obter um ganho de tensão utilizável em uma frequência tão alta quanto 1 MHz.

6

Introdução

- Quando é necessária uma impedância de entrada maior, uma projetista pode usar um amp op BIFET.

- Este tipo de amplificador incorpora JFETs e transistores bipolares no mesmo chip.

- Os JFETs são usado em estágios de entrada para se obter menores correntes de polarização e de offset de entrada.

- Os transistores bipolares são usados em estágios posteriores para um maior ganho de tensão.

- O CI LF157A é um exemplo de um amp op BIFEET.

7

Amp Op 741

- O 741 tornou-se um padrão na indústria.

- Como regra, tenta-se utilizar o 741 nos projetos.

- Nos casos em que ele não atende às especificações do projeto, passa-se para um amplificador com especificações melhores.

- Por ser um padrão, usa-se o 741 como dispositivo básico nos estudos a seguir.

- Uma vez entendido o 741, pode-se migrar para outros amp ops.

- 741 possui versões diferentes numeradas como 741, 741A, 741C, 741E e 741N.

- ≠s no ganho de tensão, nível de ruído, temperatura...

- O CI 741C (classe comercial) é o mais barato e usado.

8

Amp Op 741

9

Amp Op 741

- Diagrama esquemático simplificado do 741.

- Não é preciso entender cada detalhe do projeto do circuito, mas ter uma ideia geral do funcionamento.

- Estágio de entrada

- O estágio de entrada é um amp dif que utiliza transistores pnp (Q1 e Q2).

- Q14 é uma fonte de corrente que substitui o resistor de cauda.

- R2 e Q13 controlam a polarização de Q14.

- Em vez de um resistor comum, usa-se um resistor de carga ativa. Essa carga ativa, Q4, funciona como uma fonte de corrente com uma impedância extremamente alta.

10

Amp Op 741

- Por isso, o ganho de tensão do amp dif é muito maior do que os anteriores.

- O sinal amplificado do amp dif aciona a base de Q5, que é um seguidor de emissor.

- O sinal que sai de Q5 vai para Q6.

- Os diodos Q7 e Q8 são parte da polarização do estágio final.

- Q11 é um resistor de carga ativa para Q6.

- Portanto, Q6 e Q11 são um estágio EC com um alto ganho de tensão.

- O estágio final

- O sinal amplificado sai do estágio EC (Q6) e vai para o estágio final, que é um seguidor de emissor push-pull classe B (Q9 e Q10).

11

Amp Op 741

- A saída será idealmente 0 V quando a tensão de entrada for zero (alimentação simétrica).

- Qualquer desvio de 0 V é chamado tensão de compensação de saída.

- Quando v1 é maior que v2, a tensão de entrada vin produz uma tensão de saída positiva vout.

- Quando v2 é maior que v1, a tensão de entrada vin produz uma tensão de saída negativa vout.

- A saída geralmente oscila dentro de 1 a 2 V de cada tensão de alimentação devido à queda de tensão dentro do 741.

- Carga ativa

- Usa-se transistores como carga em vez de resistores.

12

Amp Op 741

- Existe a carga ativa Q4 no amp dif na entrada.

- E também a carga ativa Q11 no estágio EC.

- Compensação de frequência

- CC é o capacitor de compensação.

- Devido ao efeito de Miller, Esse pequeno capacitor (tipicamente 30pF) é multiplicado pelo ganho de tensão de Q5 e Q6 para se conseguir uma capacitância equival.:

- onde A é o ganho de tensão dos estágios Q5 e Q6.

- A resistência vista pela capacitância de Miller é a impedância de saída do amp dif.

- Portanto, tem-se um circuito de desvio.

CMillerin CAC 1

13

Amp Op 741

- Esse circuito produz uma frequência de corte de 10 Hz no 741C.

- O ganho em malha aberta do amp op cai 3 dB na fc.

- Avol diminui aproximadamente 20 dB por década até alcançar a frequência de ganho unitário.

- Gráfico de bode ideal do ganho de tensão em malha aberta versus a frequência.

14

Amp Op 741

- O 741C tem um ganho de tensão em malha aberta de 100.000 que equivale a 100 dB.

- Um amp op que tem compensação interna, tal como o 741C, tem uma resposta de primeira ordem (decaimento de 20 dB por década).

- Impedância de entrada

- A entrada do amp dif de um 741 tem uma corrente de cauda de aproximadamente 15 μA.

- Como cada emissor absorve metade dessa corrente,

KA

mVre 33,3

5,7

25'

15

Amp Op 741

- Em um 741, cada transistor de entrada tem um β típico de 300, o que resulta em uma impedância de entrada de

- Polarizações e offsets

- Um amp dif tem polarizações de entrada e offsets que produzem um erro na saída quando não existe sinal na entrada.

- Para eliminar esse erro, utiliza-se o circuito de cancelamento apresentado na folha de dados.

- A fonte ca que aciona a entrada inversora tem uma resistência de Thévenin de RB.

- Para neutralizar o efeito da corrente de polarização de entrada (80nA) que flui através da resistência da fonte, acrescenta-se um resistor na entrada não-inversora.

MKrr ein 233,33002'2

16

Amp Op 741

- Para eliminar o efeito da corrente de offset de entrada (20nA) e uma tensão de offset de 2mV, a folha de dados recomenda o uso de um potenciômetro de 10KΩ.

- O ajuste desse potenciômetro permite zerar ou cancelar a tensão de saída.

17

Amp Op 741

- Razão de rejeição em modo comum

- Para um 741C, a CMRR’ = 90 dB em baixas frequências.

- Dados sinais iguais, sendo um deles o sinal desejado e o outro o sinal em modo comum, o sinal desejado será 90 dB maior na saída que o sinal em modo comum.

18

Amp Op 741

- Saída de pico a pico máxima

- O valor MPP é a saída de pico a pico máxima que o amplificador pode produzir.

- Para resistências de carga (RL) muito maiores que Rout, a tensão de saída pode variar até próximo às tensões de alimentação.

- Por exemplo, se VCC = +15V e VEE = -15V, com uma resistência de carga de 10KΩ o valor de MPP é 30V.

- Na realidade, existe uma pequena queda de tensão no estágio final do amp op.

- Além disso, quando a RL não é grande comparada com zout, parte da tensão amplificada aparece como queda através de zout.

19

Amp Op 741

- Observe que MPP é aproximadamente 27V para RL de 10KΩ. Isso significa que a saída satura positivamente em +13,5V e negativamente em -13,5V.

20

Amp Op 741

- Corrente de curto-circuito

- Um amp op pode acionar uma resistência de carga de aproximadamente zero.

- Necessário saber o valor da corrente de saída em curto-circuito.

- A folha de dados de um 741C fornece um valor de 25mA.

- Essa é a corrente máxima que o amp op pode produzir.

- Com pequenos resistores de carga, as tensões de saída geralmente são pequenas.

21

Amp Op 741

- Resposta em frequência

- Resposta em frequência para pequenos sinais de um 741C.

22

Amp Op 741

- Resposta em frequência

- Na banda média, o ganho de tensão é 100.000.

- O 741C tem uma frequência crítica fc de 10 Hz (queda de 3 dB).

- Acima da frequência de corte, o ganho de tensão diminui a uma taxa de 20 dB por década.

- funitário é 1 MHz.

- Representa o limite superior de ganho útil de um amp op.

- Como exemplo, o LM318 tem uma funitária de 15 MHz.

23

Amp Op 741

- Slew rate (taxa de variação)

- O capacitor de compensação interno ao 741C tem a função de evitar oscilações que poderiam interferir.

- Por outro lado, o capacitor precisa ser carregado e descarregado.

- Suponha uma transição rápida na tensão de um nível cc para um nível cc maior.

- Se o amp op fosse perfeito, resposta ideal.

24

Amp Op 741


- Em vez disso, a saída é da forma de onda exponencial.

- A inclinação inicial da forma de onda exponencial é denominada slew rate (taxa de variação) SR.

- A saída do amp dif não pode vairar mais rápido do que

- Por exemplo, em um 741C a slew rate é 0,5 V/μs.

- Assim, a saída de um 741C não pode variar a uma velocidade maior que 0,5 V em 1μs.

- Se a onda senoidal de saída tem uma inclinação inicial de 0,1 V/μs, um 741C pode produzir essa saída sem deformação porque a sua slew rate é 0,5 V/μs.

t

vS out

R

25

Amp Op 741


- Por outro lado, se a onda senoidal tiver inclinação inicial de 1 V/μs, a saída será menor do que deveria e com aspecto de onda triangular.

- A folha de dados de um amp op sempre especifica a slew rate porque esse parâmetro limita a resposta a grandes sinais de um amp op.

26

Amp Op 741


- Se a onda senoidal de saída for muito pequena ou a frequência for muito baixa, slew rate não é problema.

- Quando o sinal for grande e a frequência alta, tem-se distorção na saída.

- Por meio de cálculo:

- onde SS é a inclinação inicial da onda senoidal, f é a sua frequência e Vp seu valor de pico.

- Para evitar distorção por slew rate de uma onda senoidal, SS tem que ser menor ou igual a SR.

- Limite da distorção: quando os dois são iguais

pS fVS 2

pSR fVSS 2

27

Amp Op 741


- Resolvendo para f,

- onde fmax é a maior frequência que pode ser amplificada sem distorção.

- A frequência fmax é denominada de largura de banda de grande sinal.

- A linha inferior do gráfico é para uma slew rate de 0,5 V/μs (741C).

- A linha superior do gráfico é para uma slew rate de 50 V/μs (LM318).

p

R

V

Sf

2max

28

Amp Op 741

29

Amp Op 741


- Por exemplo, para se obter uma tensão de pico de saída não distorcida de 8V usando um 741C, a frequência não pode ser maior que 10 KHz.

- Se a aplicação aceitar um valor de saída de pico de 1V, fmax pode ser aumentada para 80 KHz.

- Duas larguras de banda:

- Largura de banda de pequeno sinal determinada pela resposta de primeira ordem do amp op.

- Largura de banda de grande sinal ou de potência determinada pela slew rate.

30

Amp Op 741

- Exemplo 2.1: A figura a seguir mostra um 741C com os números dos pinos.

31

Amp Op 741

- Exemplo 2.1: O pino 3 é a entrada não-inversora, o pino 2 é a entrada inversora, os pinos 7 e 4 são para as tensões de alimentação e o pino 6 é a saída. Um 741C apresenta os seguintes valores, para as piores condições de operação, fornecidos pelas folhas de dados: ΔVBE = 2 mV, Iin(bias) = 80 nA e Iin(offset) = 20 nA. Qual a tensão total indesejada de entrada para a pior situação? Qual a tensão de compensação (offset) de saída?

- Duas componentes na tensão indesejada de entrada.

- Diferença em VBE e nas duas tensões de base.

mVknAmVvin 4,622202

32

Amp Op 741

- Exemplo 2.1: Solução.

- Isso significa que um tensão indesejada de entrada pode estar em qualquer ponto na faixa de -6,4 mV a 6,4 mV.

- Admitindo que o ganho de tensão seja 100.000

- Essa resposta é impossível.

- Como um 741C tem um valor MPP de 27V, sua saída pode variar para +13,5V no lado positivo e para -13,5V no lado negativo.

- Quando a tensão de entrada for de +6,4mV, a saída do amp op irá se tornar 13,5V. Quando a tensão de entrada for de -6,4mV, a saída irá se tornar -13,5V.

VmVvout 6404,6100000

33

Amp Op 741

- Exemplo 2.2: Considere as folhas de dados do exemplo anterior. Qual a tensão indesejada de entrada que produz exatamente a saturação do amp op?

- No lado positivo, a saída do amp op pode variar +13,5V antes que a saturação ocorra. O amp op tem um ganho de tensão de 100.000 até esse nível de tensão.

- Portanto, a tensão exata que produz a saturação é

- Esse valor é muito menor do que o da pior situação.

- O circuito irá frequentemente saturar e ser inútil no projeto atual.

mVV

vin 135,0000.100

5,13

34

Amp Op 741

- Exemplo 2.3: Um 741C tem uma taxa de variação de 0,5V/μs. Qual a largura de faixa para grandes sinais se a tensão de saída tem um valor de pico de 10V?

- Máxima frequência sem distorção devido à taxa de variação

- Nessa frequência, o amp op pode produzir um sinal de saída senoidal sem distorção com um valor de pico de 10V.

- Ao aumentar a frequência acima de 7,96 Hz, o sinal de saída começa a retrair e se torna triangular em vez de senoidal.

Hz

sV

V

Sf

p

R 96,7102

5,0

2max

35

Amp Op 741

- Exemplo 2.4: Qual o maior sinal de saída, sem distorção de um 741C se a frequência for de 50 KHz?

- Isso significa que o amp op produz um sinal de saída sem distorção com um valor de pico de 1,59V e uma frequência de 50KHz.

- Ao aumentar o sinal de entrada na tentativa de obter mais tensão de saída, o sinal de saída será distorcido e irá se parecer com uma onda triangular em vez de senoidal.

V

KHz

sV

f

SV R

p 59,1502

5,0

2 max

36

Amplificador Inversor

- O amp inversor é o circuito com amp op mais básico.

- Utiliza realimentação negativa para estabilizar o ganho de tensão total.

- Por exemplo, um 741C tem um Avol mínimo de 20.000 e máximo de mais de 200.000.

- Exemplo de amplificador inversor

37


- Uma tensão de entrada vin aciona a entrada inversora

por meio do resistor R1.

- Isso resulta numa tensão tensão na entrada inversora de v2.

- A tensão de entrada é amplificada pelo ganho de tensão em malha aberta para produzir uma tensão de saída invertida.

- A tensão de saída é alimentada de volta na entrada por meio de um resistor de realimentação Rf.

- Isso resulta em uma realimentação negativa porque a saída é 180º fora de fase em relação à entrada.

- Quaisquer variações em v2 produzidas pela tensão de

entrada estão em oposição ao sinal de saída.

38


- A realimentação negativa estabiliza o ganho de tensão total:

- Se o ganho de tensão em malha aberta Avol aumenta, a tensão de saída aumenta e realimenta mais tensão na entrada inversora.

- Essa tensão de realimentação oposta reduz v2.

- Portanto, ainda que Avol tenha aumentado, v2 diminuiu e

a saída final aumenta muito menos do que ocorreria sem a realimentação negativa.

- O resultado geral é que o aumento na tensão de saída é tão pequeno que é difícil de ser notado.

39


- Terra virtual:

- Artifício bastante utilizado na análise de um amplificador inversor.

- O conceito de terra virtual baseia-se no amp op ideal.

- Quando o amp op é ideal, ele tem um ganho de tensão em malha aberta infinito e uma resistência de entrada infinita.

40


- Terra virtual:

- Assim, pode-se deduzir que

- Como Rin é infinita, i2 é zero

- Como AVOL é infinito, v2 é zero

- Como i2 é zero, a corrente através de Rf tem que ser igual à corrente de entrada através de R1.

- Como v2 é zero, o terra virtual informa que a entrada

inversora atua como um terra para a tensão, mas um circuito aberto para a corrente.

- A linha tracejada significa que nenhuma corrente pode fluir para GND.

- O terra virtual proporciona respostas muito precisas quando usado com uma forte realimentação negativa.

41


- Ganho de tensão:

- Visualize um terra virtual na entrada inversora.

- À direita de R1 existe um terra para a tensão, assim

- À esquerda de Rf existe um terra para a tensão

1Riv inin

finout Riv

42


- Ganho de tensão:

- Pela fórmula anterior, a corrente de entrada controla a tensão de saída.

- Dividindo vout por vin

- onde AV(CL) é o ganho de tensão em malha fechada.

- Devido à realimentação negativa, AV(CL) < AVOL.

- Se AVOL variar em função da temperatura ou de variações na tensão de alimentação AV(CL) ainda se manterá estável.

1R

RA

f

CLV

43


- Impedância de entrada:

- É fácil estabelecer uma impedância de entrada desejada.

- Como o terminal direito de R1 está virtualmente aterrado

- Essa é a impedância visualizada a partir do terminal a partir do terminal esquerdo de R1.

- Como exemplo, se uma impedância de entrada de 2KΩ e um ganho de tensão em malha fechada de 50 forem desejados, o projetista pode usar R1 = 2 KΩ e Rf = 100 KΩ.

1Rz CLin

44


- Largura de banda:

- A largura de banda em malha aberta ou a frequência de corte de um amp op é baixa por causa do capacitor de compensação interno. Para o 741C

- Quando a realimentação negativa é usada, a largura de banda total aumenta.

- Quando a frequência de entrada é maior que f2(OL), AVOL diminui 20 dB por década.

- Quando vout tenta diminuir, menos tensão de oposição

é realimentada na entrada inversora.

- Portanto, v2 aumenta e compensa a diminuição em

AVOL.

Hzf OL 102

45


- Largura de banda:

- AV(CL) muda de inclinação em um frequência maior que f2(OL).

- Quanto menor AV(CL) maior f2(CL).

46


- Largura de banda:

- Equação para a largura de banda em malha fechada.

- Na maioria das aplicações AV(CL) é maior que 10:

- Por exemplo, para o 741 C, quando AV(CL) for 10:

- que está de acordo com a figura do slide anterior.

- Algumas folhas de dados se referem à Funitário como produto ganho-largura de banda (GBW)

1

2

CLV

unitarioCL

A

ff

CLV

unitarioCL

A

ff 2

KHzMHz

f CL 10010

12

47


- Polarização e Offsets:

- A realimentação negativa reduz o erro de saída provocado pelas correntes de base e VBE.

- Equação para a tensão de erro de saída total

- Quando a realimentação negativa é usada

- Na produção em massa, os erros de entrada podem se somar a ponto de se ter o pior caso possível.

erroerroerroVOLerro VVVAV 321

biasinBBerro IRRV 211

erroerroerroCLVerro VVVAV 321

2212

offin

BBerro

IRRV

offinerro VV 3

48


- Polarização e Offsets:

- Quando AV(CL) é pequeno, o erro de saída total pode ser pequeno o suficiente para ser ignorado.

- Caso contrário, será necessário um resistor de compensação e cancelamento de offset.

- Num amplificador inversor, RB2 é a resistência de Thévenin vista quando se olha para trás a partir da entrada inversora em direção à fonte

- Se for necessário compensar a corrente de polarização de entrada, uma resistência RB1 deverá ser conectada na entrada não-inversora.

- Essa resistência não tem efeito na aproximação do terra virtual porque nenhuma corrente do sinal ca passa por ele.

fB RRR 12

49


- Exemplo 2.5: A figura a seguir é um circuito equivalente ca. Qual é o ganho de tensão de malha fechada e a largura de banda? Qual a tensão de saída em 1KHz e em 1MHz? Ignore o erro de saída causado pelas polarizações e offsets de entrada.

50



- O ganho de tensão de malha fechada é

- A largura de banda de malha fechada

- Gráfico de Bode ideal do ganho de tensão em malha fecahada.

505,1

75

1

k

k

R

RA

f

CLV

KHzMHz

A

ff

CLV

unitarioCL 20

50

12

51



- A tensão de saída em 1 KHz é:

- Como 1 MHz é a frequência de ganho unitário, a tensão de saída em 1 MHz é:

- O valor de saída negativo indica um defasamento de 180° entre a entrada e a saída.

mVppmVppAvRR

vRiv CLVinf

infinout 5005010

1

mVppvout 10

52


- Exemplo 2.6: Qual a tensão de saída na figura a seguir quando vin é zero?

53


- Exemplo 2.6: Solução

- Para um 741C: Iin(bias) = 80 nA, Iin(off) = 20 nA e Vin(off) = 2 mV.

- As tensões de erro na entrada são

- O ganho de tensão em malha fechada é 50.

- Na condição de pior caso, a tensão de erro de saída

kKKRRR fB 47,1755,112

mVnAKIRRV biasinBBerro 118,08047,1211

mVnA

KI

RRVoffin

BBerro 0147,02

2047,1

2212

mVVV offinerro 23

mVmVmVmVV

VVVAV

erro

erroerroerroCLVerro

10720147,0118,050

321

54


- Exemplo 2.7: A folha de dados de um 741C fornece os seguinte parâmetros de pior caso: Iin(bias) = 500 nA, Iin(off) = 200 nA e Vin(off) = 6 mV. Recalcular a tensão de saída quando vin for zero.

- Na condição de pior caso, a tensão de erro de saída

- No exemplo 2.5, a tensão de saída desejada foi 500 mVpp. Pode-se ignorar essa grande tensão de erro de saída?

mVnAKIRRV biasinBBerro 735,050047,1211

mVnA

KI

RRVoffin

BBerro 147,02

20047,1

2212

mVVV offinerro 63

mVmVmVmVVerro 3446147,0735,050

55



- Depende a aplicação.

- Suponha que deseja-se apenas amplificar sinais de áudio com frequências entre 20 Hz e 20 KHz. Então, pode-se acoplar capacitivamente a saída à carga ou ao próximo estágio. Isso bloqueia a tensão de erro cc mas permite a passagem do sinal ca.

- Se é necessário amplificar sinais com frequências de 0 a 20 KHz, precisa-se de um amp op melhor, ou modificar o circuito.

- Uma modificação é acrescentar um resistor de compensação na entrada não-inversora para eliminar o efeito da corrente de polarização de entrada.

56



- Além disso, usa-se um potenciômetro de 10 KΩ para cancelar os efeitos da corrente de offset de entrada e da tensão de offset de entrada.

57

Amplificador Não-Inversor

- Outro circuito básico com amp op.

- Utiliza realimentação negativa para estabilizar o ganho de tensão total.

- Também aumenta a impedância de entrada e diminui a impedância de saída. Circuito equivalente ca.

58


- Uma tensão de entrada vin aciona a entrada não-

inversora.

- Essa tensão de entrada é amplificada para produzir a tensão de saída em fase.

- Parte da tensão de saída é realimentada na entrada através de um divisor de tensão.

- A tensão em R1 é a tensão de realimentação aplicada na entrada inversora.

- Diferença entre v1 e v2 pequena.

- Realimentação negativa.

59


- Estabilização do ganho de tensão total.

- Se o ganho AVOL aumentar por qualquer razão, a tensão de saída irá aumentar e realimentar mais tensão na entrada inversora.

- Essa tensão de realimentação em oposição reduz a tensão de entrada líquida v1 - v2.

- O resultado final é apenas um pequeno aumento na tensão de saída.

- Curto-Circuito Virtual.

- Usado na análise de amplificadores não-inversores.

60



- Duas propriedades de um amp op ideal

- Visto que Rin é infinita, as correntes nas duas entradas são zero.

- Visto que AVOL é infinito, v1 – v2 é zero.

61



- É um curto-circuito para a tensão, mas um circuito aberto para a corrente.

- A linha tracejada significa que nenhuma corrente pode fluir através dela.

- É uma aproximação ideal, mas proporciona respostas bastante precisas quando usado com realim. negativa intensa

- Enquanto o amp op estiver operando na região linear, AVOL se aproxima do infinito e um curto-circuito virtual existe entre os dois terminais de entrada.

- Se a tensão na entrada não-inversora aumenta ou diminui, a tensão na entrada inversora imediatamente aumenta ou diminui o mesmo valor (bootstrapping).

62


- Ganho de tensão.

- Visualizando um curto-circuito virtual entre os terminais de entrada do amp op.

63


- Ganho de tensão.

- A tensão de entrada aparece sobre R1, como

- Como nenhuma corrente pode fluir no curto-circuito virtual, a mesma corrente i1 tem que percorrer Rf,

- Dividindo vout por vin

- ou

- A saída está em fase em relação à entrada. Mesma equação de um amplificador inversor (exceto pelo +1).

11Rivin

11 RRiv fout

1

1

R

RRA

f

CLV

11

R

RA

f

CLV

64


- Outros Parâmetros.

- A impedância de entrada em malha fechada se aproxima do infinito.

- O efeito na largura de banda é o mesmo que ocorre para o amplificador inversor

- Pode-se negociar ganho de tensão por largura de banda.

- As tensões de erro de entrada são analisadas da mesma forma que no caso do amplificador inversor.

- RB2 é a resistência de Thévenin vista quando se olha da entrada do inversor em direção ao divisor de tensão

CLV

unitárioCL

A

ff 2

fB RRR 12

65


- A tensão de Erro de Saída Reduz o MPP.

- Se a tensão de erro de saída for grande, reduzirá significativamente o MPP, que é a máxima tensão pico a pico de saída sem ceifamento.

- Se não há tensão de erro na saída, o amplificador não-inversor a seguir pode variar dentro de aproximadamente um ou dois volts de qualquer tensão de alimentação.

66


- A tensão de Erro de Saída Reduz o MPP.

- Para simplificação, nessa situação o sinal de saída pode variar de +14V a -14V, dando um MPP de 28 V.

- Para uma tensão de erro de saída de +10V, a máxima tensão pico a pico sem ceifamento é de +14V a +6V, sendo o MPP de apenas 8V.

- Quando maior a tensão de erro de saída, menor o valor de MPP.

67


- Exemplo 2.8: Na figura a seguir, qual o ganho de tensão em malha fechada e a largura de banda? Qual a tensão de saída em 250 KHz?

68



- Ganho de tensão

- Largura de banda

401100

9,31

1

K

R

RA

f

CLV

KHzMHz

A

ff

CLV

unitárioCL 25

40

12

69



- Visto que AV(CL) muda de inclinação em 25 KHz, ele cai 25 dB em 250 KHz.

- Isso significa que AV(CL) = 12 dB em 250 KHz, que é equivalente a 10^(12/20) = 4.

- Portanto

mVppmVppAvRRR

vRRiv CLVinf

infout 2004501

1

11

70


- Exemplo 2.9: Por conveniência, considerando os parâmetros de pior caso de um 741C: Iin(bias) = 500 nA, Iin(off) = 200 nA e Vin(off) = 6 mV. Qual a tensão de erro de saída na figura do exemplo anterior?

- RB2 é o equivalente paralelo de 3,9 KΩ e 100 Ω, que é aproximadamente 100 Ω. Assim,

- Para condição de pior caso possível

mVnAIRRV biasinBBerro 05,0500100211

mVnAI

RRVoffin

BBerro 01,02

200100

2212

mVVV offinerro 63

mVmVmVmVVerro 24260,005,040

71

Amplificadores Operacionais

- Bibliografia

- MALVINO, A. P. Eletrônica, Vol. 2, São Paulo: Makron Books,7a

edição, 2007.

- BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e

Teoria de Circuitos , São Paulo: Prentice Hall do Brasil, 8a edição

2004.

Documents

Slides ELAII Capitulo 2 Amplificadores Operacionais