UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL SIMPLES

RELATRIO DA DISCIPLINA DE ELETRNICA APLICADA A

INSTRUMENTAO

Prof. Felix A. Farret

Juliano Grigulo

Marco Antnio Ferreira Boaski

Santa Maria, RS, Brasil

2014

SUMRIO

INTRODUO ..................................................................................................................................... 2

CAPTULO 1 XXXXX ......................................................... ERRO! INDICADOR NO DEFINIDO.

1.1 Coloque seu ttulo .................................................................. Erro! Indicador no definido.

1.2 Coloque seu ttulo .................................................................. Erro! Indicador no definido.

1.2.1 Coloque seu subttulo............................................................. Erro! Indicador no definido.

2

INTRODUO

Bla bla bla

3

AMPLIFICADORES PARA INSTRUMENTAO

1.1 Amplifcador Operacional

O amplificador operacional (AmpOp) um circuito integrado, internamente existem

uma vasta quantidade componentes, envolvendo transistores, diodos e outros componentes

eltricos. Uma viso simplificada do interior de um amplificador operacional apresentada

na Figura 1.

Figura 1 - Viso simplificada interna de um AmpOp

Observando os trs estgios na montagem : um estgio de entrada, um segundo estgio

e um e um estgio de sada:

Input Stage - O estgio de entrada compara as tenses aplicadas, as amplifica e

gera um sinal de corrente proporcional diferena entre as mesmas (IOUT1). Este

sinal pode "solicitar" ou "fornecer" corrente eltrica para o prximo estgio.

Second Stage - Neste estgio, o sinal amplificado mais uma vez, e existem

correes de desvios de frequncia que possam vir a ocorrer no processo de

comparao e ganho.

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Output Stage - Este estgio im amplificador com dois transstores, os quais

atuam como fonte de corrente (sourcing) ou como "sumidouro", "ralo" de corrente

(sinking). A corrente na sada pode entrar ou sair do AmpOp.

importante observar que existem duas tenses de alimentao (-VEE e +VCC ), as

quais devem ser simtricas e (em geral) operam com +/- 15 V. Os ndices C e E referem-

se a tenso no emissor e no coletor. Como existe uma solicitao grande e varivel de

potncia por parte do conjunto de transstores que existem no interior do AmpOp,

importante que a tenso seja estabilizada atravs do acoplamento de capacitores nas entradas

de alimentao.

Na pratica no so considerados todos os componentes internos do AmpOp.

Representamos por um tringulo, com duas entradas e uma sada. Uma das entradas

inversora (-) e outra no-inversora (+). O sinal na sada, Vout, igual um ganho A

multiplicado pela diferena entre as tenses nas entradas inversora e no

inversora, outV A V V . Idealmente, o ganho A seria infinito, na prtica da ordem de

510 . Podemos verificar sua representao na Figura 2.

Figura 2 - Representao AmpOp

As principais caractersticas destes dispositivos vem de que possvel manipular seus

parmetros com impedncias de entrada

1.2 Amplificador Diferencial Simples

Do amplificador diferencial da figura 1 representa a verso mais simples de um

amplificador diferencial para instrumentao. Vamos obter o ganho diferencial a partir do

mesmo. Da teoria dos amplificadores operacionais pode-se estabelecer:

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Como o ganho A do amplificador operacional muito grande (geralmente muito maior

que ), conclui-se que e1 = e2 (do curto-circuito virtual). Os valores individuais de e1 e e2

podem ser obtidos partir do circuito de entrada da Figura 1:

(

) (1)

(

) (2)

Figura 3- Amplificador diferencial simples

Subtraindo a equao (1) da (2), fazendo-se e1 igual e2, e isolando-se vo temos:

(

)

(3)

A condio necessria para se obter a diferena amplificada entre v2 e v1 que:

e (4)

Nestas condies, a equao (3) fornece:

(5)

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1.2.1 Simulao do circuito no LTSPICE IV

O circuito da Figura 1 foi simulado no software LTSPICE IV com as seguintes

especificaes:

Tabela 1- Componentes do amplificador

COMPONENTE DESCRIO VALOR

U1 LT1001 Amp-Op Vs= +15 e -15 V

R1 Resistor 10 k

R2 Resistor 30 k

R3 Resistor 10 k

R4 Resistor 30 k

Os resultados das simulaes podem ser conferidos nas Figuras 4 e 5. Tais resultados

foram obtidos em simulao por meio do circuito da Figura 6.

0 m s 5 m s 1 0 m s 1 5 m s 2 0 m s 2 5 m s 3 0 m s 3 5 m s 4 0 m s 4 5 m s 5 0 m s

-3 .0 V

-2 .4 V

-1 .8 V

-1 .2 V

-0 .6 V

0 .0 V

0 .6 V

1 .2 V

1 .8 V

2 .4 V

3 .0 VV (n 0 0 4 ) V (n 0 0 3 ) V (n 0 0 5 )

Figura 4 vo para v1=1 V (seno 60 Hz) e v2=2 V (seno 60 Hz)

Figura 5 vo para v1=2 V (seno 60 Hz) e v2=4 V (seno 60 Hz)

Onde,

vo=forma de onda de cor verde

v1=forma de onda de cor azul

v2=forma de onda de cor vermelha

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Figura 6- Circuito simulado no LTSPICE IV

Na Figura 4 esto os resultados de simulao para uma tenso de entrada v1 de 1 V com

60 Hz e uma tenso de entrada v2 de 2 V 60 Hz. O amplificador coloca na sada uma

tenso vo de 3 V com frequncia de 60 Hz, em fase com as tenses de entrada. possvel

ento, inferir que o amplificador possui ganho = 3 e representa na sada, a diferena das

tenses de entrada multiplicada por este mesmo ganho.

A Figura 5 similar Figura 4, com diferena que na entrada possui uma tenso v1 de 2

V, v2 de 4 V e como sada vo de 6 V, todas com frequncia de 60 Hz.

1.2.2 Anlise do circuito

1.2.2.1 Linearidade

Como possvel visualizar pelas Figuras 4 e 5, o sistema apresenta comportamento

linear, pois quando as tenses de entrada so multiplicadas por um fator de 2 (v1 de 1 V para

2 V e v2 de 2 V para 4 V), a tenso de sada tambm multiplicada por um fator de 2 (vo de 3

V para 6 V).

1.2.2.2 Funcionalidade

Como explicado detalhadamente nas sees anteriores, o circuito atua como um

amplificador diferencial, amplificando a diferena das tenses de entrada (v2 v1). Assim, a

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tenso de sada do amplificador ser a representada nas equaes (3) e (4), dependendo da

configurao dos resistores do circuito.

1.2.2.3 Custo

O circuito em questo apresenta um custo bem baixo, pois necessita somente de um

amplificador operacional e quatro resistncias, que so componentes facilmente encontrados e

com um custo extremamente baixo.

1.2.2.4 Limitaes

O amplificador diferencial simples apresenta trs problemas ao ser usado em

instrumentao:

1. difcil de conseguir resistores perfeitamente casados para satisfazer a equao

(4);

2. A impedncia de cada entrada do amplificador 2R1 muito baixa (por exemplo,

para uso em amplificadores de instrumentao biolgica);

3. No fcil varias o ganho global do amplificador que depende da variao

simultnea e igual de dois potencimetros casados. R3 = R1 e R4 = R2.

1.3 Simulaes

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CONCLUSO

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REFERNCIA BIBLIOGRFICAS