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1

EE530 Eletrônica Básica IFabiano Fruett

Aula 8A - Amplificador Operacional Ideal

• Características ideais

• Realimentação negativa

• Amplificador não inversor

• Amplificador inversor

• Somador, Retificador de precisão, Amplif. Logarítmico, Amplif. de raiz quadrada

2

O amplificador operacional é um circuito eletrônico

de grande versatilidade que tem larga aplicação

Simbologia básica:

( )0outV A v v+ −= −

2

3

Exemplo de Encapsulamento

4

Circuito equivalente simplificado do amplificador de tensão

3

5

Amp Op com os terminais de alimentação

6

Circuito do amp op 741

Fonte: Sedra/Smith Fig. 10.1

4

7

Características ideais de um amp. op. de tensão:

• Ganho diferencial infinito• Impedância de entrada infinita• Impedância de saída muito baixa• Velocidade infinita• Excursão do sinal de saída de V+ até V-

• Offset nulo

• Função de transferência linear

• Módulo e fase inalterados pela frequência

• Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR) infinita

B 8

Função de transferência e Regiões de operação

5

B 9

Função de transferência com offset

10

Resposta em frequência

Os amplificadores são dispositivosdiretamenteacoplados (d.a.), o que significa que umamplificador diretamente acoplado é aquele queamplifica sinais cujas frequências são baixas oumesmo zero. O amplificador ideal amplificarásinais de qualquer frequência com o mesmoganho. Contudo, o amplificador real possui faixade passagem em frequência limitada.

6

11

Para que serve um amplificador ideal com ganho infinito

V0

V+

Vd

V-

12

Realimentação negativa

Além de possibilitar o controle do ganho, a realimentação beneficia outros aspectos, que serão vistos posteriormente.

0 0

01S

X A

X A B=

+

0

7

13

Qual o valor do ganho realimentado?

0

01out

vin

V AA

V A= =

+

Qual o valor de B?

0

1S

X A

X AB=

+

0( )out in outV A V V= −

C 14

Seguidor de tensão (Buffer)

• Ganho unitário

• Alta impedância de entrada

• Baixa impedância de saída

Sedra Fig. 2.19

8

Curto Circuito Virtual

15

Considerando que o ganho em malha aberta é infinito e que a saída do amplificador

não está saturada podemos fazer a consideração do Curto Circuito Virtual , ou seja v+ = v- .

out inV V=

B 16

Configurações de amplificadores realimentados

• Inversor• Não inversor

9

B 17

Análise da configuração não-inversora

usando o conceito do curto-circuito virtual

Verificamos que:

• é independente do ganho de malha aberta A

• é positivo, o que significa que v0 está em fase com relação a vI

• A impedância de entrada desta configuração é idealmente infinita a impedãncia de saída é baixa

vA

vA

Negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada!

18

Casos extremos de realimentaçãoconsiderando A0 infinito

0out

vin

VA A

V= = 1out

vin

VA

V= =

10

19

Análise da configuração não inversora

supondo o ganho A finitoOBS: Aqui não podemos aplicar

o conceito do curto-circuito virtual!

20

Modelo equivalente da configuração não inversora

11

21

Análise da configuração inversora usando o conceito do terra virtual

Novamente, negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada!

+

-

B 22

Análise do efeito do ganho A finito

2 1

2 1

/

1 1 / )/O

vI

R RA

R R A

−= =v

v +( +

12

23

Resistência de entrada e de saída para o circuito na configuração inversora (supondo amp op ideal)

B 24

Exercício: Calcule a resistência de entrada da configuração inversora supondo amp. op. real (com

A finito)?

21 1I

RR R

A= +

+

Sedra/Smith Fig. 2.5

13

25

Circuito Somador inversor

+++−= n

n

fffO R

R

R

R

R

Rvvvv ⋯2

21

1

Sedra Fig. 2.15

26

Exemplo de aplicação:

Conversor digital analógico

[ ]33

22

11

00 2222

16aaaa

R fO +++−=v

Sedra: Problema P2.21

MSBMost

Significant Bit

LSBLeast

Significant Bit

14

27

Circuito somador não inversor

Foi visto anteriormente que a impedância de entrada de umamplificador não inversor com entrada única é muito alta.No caso acima a situação é outra pois:

1 21 2

1 2

( ) 1 Fo

a

v v Rv R R

R R R

= + +

Fonte: Savant, Roden e Carpenter

1 1 2IR R R= + 2 2 1IR R R= +

Como ficaria a expressão da impedância de entrada para um circuito somador com n entradas?

C 28

Combinando entradas inversoras com não inversoras

Exercício: Aplicando o teorema da superposiçãoencontre a expressão geral para a tensão vo

Fonte: Savant, Roden e Carpenter

15

29

Retificador de precisão

30

Amplificador Logarítmico

S

inTout IR

VVV

1

ln−=

16

CH8 Operational Amplifier as A Black Box 31

Amplificador de raiz quadrada

TH

oxn

inout V

RL

WC

VV −−=

1

2

µ

B 32

Sugestão de estudo

• Razavi, cap. 8 até seção 8.3.3, exceto 8.2.3

• Sedra/Smith, cap. 2

Problemas seção 2.2 até 2.3

• Sedra/Smith à realimentação cap. 8 seção 8.1 Exercício 8.1, Problemas seção 8.1