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EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos Analógicos Jader A. De Lima UFSC, 2015 Amplificador Operacional Prof. Jader A. De Lima

08 amplificador operacional

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EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2015

Amplificador Operacional

Prof. Jader A. De Lima

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Características ideais:• A → ∞• GBW → ∞• Rin → ∞• Rout = 0• Vos = 0; Ios = 0;• CMRR → ∞

Amplificador Operacional

12o VVAV

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• Seguidor de Tensão (buffer)

curto virtual

V 0

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• Amplificador Inversor

2Lo iii

• corrente a ser fornecida pelo opamp;

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• Somador Inversor

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• Amplificador Não-Inversor

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21o

21o

4V6VV

V5K

2KV

5K

3K

1K

9K1V

• Somador Não-Inversor

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• Amplificador Diferencial

12Vout V-VAV

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• curto virtual à entrada do opamp

42

42b

ba

RR

RVV

VV

• caso a) V2 = 0 1

31aoutR

RV_V

• caso b) V1 = 0

1

31

42

42bout

R

RR

RR

RV_V

Se R1 = R2 e R3 = R4 121

3out V-V

R

RV

1

31

42

42

1

31out

boutaoutout

R

RR

RR

RV

R

RVV

_V_VV

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• limitação: impedância de entrada finita

Amplificador de Ponte

rin1

(R2+ R4)

rin2

(R1+ R3)

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• Amplificador de Instrumentação

3

4

1

212out

R

R

R

2R1VVV

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• Integrador

inin

out VCRj

1V

(t)dtVR

1dt

R

(t)V1(t)V-

t

0

inin

t

0 in

inout

CC

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• Integrador

inin

out VCRj

1V

(t)dtVR

1dt

R

(t)V1(t)V-

t

0

inin

t

0 in

inout

CC

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• Integrador com perdas (filtro passa-baixas)

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• Diferenciador com perdas

• Rin limita o ganho em médias frequências a Rf/Rin; melhor rejeição a ruído

filtro passa-altas

• Cf introduz um polo 1/(CfRf), limitando a banda passante do circuito

filtro passa-faixas

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• Diferenciador

CRjV

Vin

in

out

t

VCRV-

infout

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Amplificadores Não-Lineares

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• Amplificador LOG

SO

CTBE

TBE/SO

TBE/SOC

outBE

I

IlnVV

VVeI1VVeII

VV

1SO

inTout

1

inC

I

VlnVV

VI

R

R

• comumente utilizados na compressão de sinais

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http://www.usultratek.com/products/logamp3.htm

• Amplificador LOG

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Tin/1SO1o

TBE/SOC

VV-eRIV

VVeII

RIC• para Vin < 0

• Amplificador ANTI-LOG

• comumente utilizados na expansão de sinais

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Rin

VVinIin

Xcs

VIcs

Xcn

VoutVIcn

R1

R21V

R1

R21VVout

Zin

Dupla Realimentação (positiva + negativa)

?Iin

VinZin

Ics

IcnIin

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Xcn

VoutV

Xcs

V

Rin

VVinIin

R1

R21V

R1

R21VVout

Xcn

1

R1

R2

Xcs

1V

XcnR1R2

V

Xcs

V

XcnR1R2

1VV

Xcs

VIin

IinRinVinV

Xcn

1

R1

R2

Xcs

1

IinRinVin

Iin

Xcn1

R1R2

Xcs1

1Rin

Iin

VinCapacitância negativa!!

Compensação da capacitância Cs à entrada para otimização da resposta transiente;NIC: Negative-Input Capacitance

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Diagrama simplificado de memória SRAM

Aplicações circuitos de capacitância negativa (NIC)

Ponta de prova ativa (largura de banda 1-2GHz, Rin = 1M, Cin = 1pF)

Ex: ponta passiva: BW = 200Mhz, Cin = 25pF

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Análise da estabilidade utilizando diagramas de Bode

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• resposta ao degrau otimizada: • aquela em que o valor final é alcançado rapidamente;• margem de fase (M) ao menos 45º ;

Resposta ao degrau em função da Margem de Fase

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em projeto, procura-se obter M 60º

OPTIMAL

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Resposta em frequência do opamp não compensado

• cada estágio de ganho contribui com um polo em baixa frequência

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(GX, gain cross over frequency)

• Compensação em Frequência

margem de fase positivamargem de fase negativa

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• Compensação em Frequência

Teorema de Miller

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• Compensação em Frequência

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PM = 0

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• Topologia típica do opamp a BJT

Capacitor Miller

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zero RHP

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• 741

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• Influência do zero RHP

C

m

C

gz

M < 0

• efeito do zero RHP mais pronunciadono caso de opamp a MOSFET;

• gm menor relação ao BJT

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CZm

CR-g1

1z

• para Rz > 1/gm, o zero move-se para o LHP

M pode ser aumentada

• Inserção de RZ para cancelar efeito do zero RHP

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• Limitação Slew-Rate

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SR

C

2I

t

Vc

2II

1

MAX

1C_MAX

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REFERÊNCIAS:

• Microelectronic Circuits, A. Sedra and K. Smith, Oxford university Press, 5th Edition, 2003

• Analysis and Design of Analog Circuits, Gray, Hurst, Lewis and Meyer, 5th Edition, 2009

• Fundamentals of Microelectronics, B. Razavi, John Wiley and Sons, 2006