Circuito eletrônico integrado composto de resistores, diodos, transistores e capacitores. “Amplificador multiestágio de acoplamento direto e entrada diferencial, cujas características aproximam-se das características de um amplificador ideal”.
+
− = + − .
- Harry Black Amplificador estável diante de mudanças de temperatura e variações da fonte de alimentação utilizada; •
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Realimentação do sinal.
- Criação do transistor de contato, mais tarde aperfeiçoado por William B. Shockley, que o apresentou em 1951 •
Transistor ainda era um componente caro comparado as válvulas que dominavam o mercado.
- George A. Philbrick K2-W pioneiro no que diz respeito a AO´s, teve como objetivo realizar operações matemáticas, úteis à computação analógica; Desvantagens: valvulado, o que acarretava em grandes dimensões, dissipava muita potência, possuía altas tensões de trabalho, custo difícil de ser reduzido. •
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- Jack Kilby Desenvolveu e patenteou um circuito eletrônico miniaturizado, que mais tarde seria chamado de circuito integrado. •
- Robert Widlar, Fairchild Semicondutores µA702 - primeiro AO, utilizando o transistor de Shockley e técnica de integração de Kilby; •
Desvantagens: operava com alimentação dupla, porém assimétrica (+12V e –6V), baixo ganho de tensão (3600 ou 71dB), baixa impedância de entrada e dissipava muita potência. •
Fairchild Semicondutores µA709 - reconhecido como o primeiro AO de qualidade, mas longe do que os pesquisadores idealizavam; •
Assimetria das fontes, já havia sido resolvida, agora operava com fonte simétrica de ±15V assim como a baixa impedância, agora 400k Ω contra os 40k Ω de seu antecessor; •
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Ganho ultrapassava 45000 ou 93dB;
Embora a indústria de circuitos integrados tenha evoluído bastante, ainda não era possível o encapsulamento de capacitores, assim havia necessidade de compensação externa. •
Fairchild Semicondutores µA741 - surge um padrão industrial para AO, já compensado internamente, este alcançaria grande sucesso e é usado até os dias atuais. •
AO modernos, de alto desempenho. BIFET - construído com tecnologia BIPOLAR (transistores bipolares) e JFET (transistores de efeito de campo), LF356; •
BIMOS - utilizam a tecnologia BIPOLAR e MOSFET (Metal-Óxido Semicondutor), CA3130. •
– 1 geração – válvulas; ◦
– 2 geração – transistores; ◦
– 3 geração – bipolares; ◦
1963 - µA702 1965 - µA709 1968 - µA741 - 4 geração – BIFET e BIMOS. ◦
O 741, AO de uso geral, é fabricado por diversas indústrias de componentes eletrônicos que adotam nomenclaturas diferentes para esse componente, ou acrescentando um prefixo próprio ou ainda mudando completamente o nome. •
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Mais comuns: LM741 ( Fairchild, National e Texas) e MC1741 (Motorola); Outros: UA741 (µA741), AN1741, TDA1741, ZLD741, TBA221, MC1539, TL321.
Nem todos os fabricantes utilizam precisamente o mesmo tipo de código, mais na maioria podemos identificar 3 partes escritas do código: •
Letras de prefixo;
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Identificação do circuito e faixa de temperatura;
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Letra de sufixo.
identificam o fabricante. AD - Analog Devices ; CA - RCA ; LM - National Semiconductor Corp.; MC - Motorola; NE/SE - Signetics; OP - Precision Monolithics; RC/RM - Raytheon; SG - Silicon General; TL, LM - Texas Instruments; UA, μ A, LM - Fairchild.
os números que identificam o circuito acompanham o código da faixa de temperatura. C - comercial, 0°C a 70°C ; M - militar, -55°C a 125°C . circuito eletrônico.
I - industrial, -25°C a 85°C ;
identifica o tipo de invólucro que “hospeda” o
D - plástico DIP*; J - cerâmico DIP (CerDIP); N, P - plástico DIP para inserção em soquetes; TO – metálico SIL*. *Dual in line package - cápsula com dupla fila de pinos; *Transistor out line - cápsula com terminais “fora” de linha; *Single in line package – cápsula com fila única de pinos.
Invólucro plástico Cápsula com dupla fila de pinos - DIP
Invólucro plástico Cápsula com fila única de pinos - SIL
Invólucro metálico Cápsula com fila circular - SIL
Invólucro cerâmico Cápsula com dupla fila de pinos CerDIP
Plástico DIP para inserção em soquete
- Alimentação simétrica A alimentação dupla é a mais comum, porém em algumas aplicações a alimentação simples, também pode ser usada. Não é muito comum encontrar fonte simétrica em laboratórios, porém deve-se improvisar com duas fontes comuns.
- Ajuste de off-set O fato dos componentes do estágio diferencial de entrada, usualmente transistores, não serem realmente idênticos, provoca um desbalanceamento interno do qual resulta uma tensão na saída denominada tensão de desequilíbrio de saída Voff, também chamada de offset de saída. Em vários AOP´s comerciais existe um circuito de compensação que permite corrigirmos este problema. Alguns deles são automáticos, utilizam compensação interna, e outros a compensação é feitas via um ajuste externo, por exemplo o 741, através dos terminais Offset Null ou balance para o “zeramento” desta tensão.
O ajuste pode ser feito conectando um resistor variável entre os pinos 01 e 05 e a alimentação negativa. A maneira com que esta compensação é feita pode variar bastante, portanto, devemos sempre consultar os dados fornecidos pelo fabricante. Na prática, esta tensão de offset pode provocar diversos problemas principalmente em circuitos onde se trabalha com pequenos sinais (da ordem de mV), por exemplo: instrumentação petroquímica e instrumentação nuclear.
- Entradas de sinais O AO possui internamente um estágio amplificador diferencial, portanto disponibiliza ao usuário duas entradas sendo uma inversora (pino 02) e uma não inversora (pino 03).
Somente amplificado
Amplificado e invertido
+ −
= + − .
O AO é considerado por muitos um amplificador ideal, ou seja, é tratado como uma “caixa preta” onde seus parâmetros internos não têm efeito na relação entrada/saída do sinal. Em muitas aplicações, é assim mesmo que ele deve ser considerado, porém, um AO ideal é utopia, se analisado com cuidado o amplificador real não possui características ideais, mas estão muito próximas, ou seja, Para facilitar toda a análise de funcionamento, dedução de expressões, vamos considerar o AO como um componente que apresenta características ideais.
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: no ideal, seria infinito. Na prática, valores tão altos como 200000 e 10 são possíveis (para que a amplificação seja viável inclusive para sinais de baixa amplitude, é necessário que o amplificador possua um alto ganho de tensão); : infinita no ideal. Na prática, valores como 10M Ω são possíveis (isso significa que o amplificador não consome corrente pelas entradas); : nula no ideal. Valores como 75 Ω são encontrados na prática, significando ausência de queda de tensão interna na saída; : de zero ao infinito no ideal. Na prática escolhem-se tipos com resposta bastante acima da frequência na qual irão operar, de modo que um sinal de qualquer frequência possa ser amplificado sem sofrer corte ou atenuação.
Infinito
Acima de 100000
Acima de 300000 (CA3130)
De zero a infinito
1MHz
Acima de 15MHz
Infinita
2M Ω
Acima de 2T Ω
Nula
75Ω
Inferior a 1Ω
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Impedância de entrada infinita – não consome e nem fornece corrente através de suas entradas; Impedância de saída nula – a saída é uma fonte de tensão ideal independente da corrente drenada pela carga acoplada à saída; Ganho de tensão infinito – para que a amplificação seja viável, inclusive para sinais de baixa amplitude o ganho de tensão é infinito; Ausência de qualquer limitação em frequência e em amplitude.
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variações térmicas podem provocar alterações acentuadas nas características elétricas de um amplificador. A esse fenômeno chamamos DRIFT. Seria ideal que um AO não apresentasse sensibilidade às variações de temperatura. Nos manuais de fabricantes encontram-se os valores das variações de corrente e tensão no AO, provocadas pelo aumento de temperatura. A variação de corrente é ∆I representada por e seu valor é fornecido em nA/°C. A variação da ∆T ∆ tensão é representada por e seu valor é fornecido em µV/°C. ∆
Texas Instruments - OP2188, amplificador operacional de ultra precisão e DRIFT tão baixo, que costuma ser chamado de “zero-drift ” *. *
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1316744
∆ ∆T
= 0,03 µV/°C
∆ ∆
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velocidade de resposta do AO a uma variação de tensão na entrada, este valor na teoria deveria ser infinito, o que na realidade não acontece. Logo conclui-se que quanto maior for o valor deste parâmetro melhor será o AO.
O termo operacional decorre do feito deste ter sido um elemento chave na implementação dos antigos computadores analógicos, muito usados para a realização de operações matemáticas antes do advento dos computadores digitais.
A grande utilidade dos AO´s está em, uma vez definido um bloco padrão, com função de transferência conhecida e comportamento ideal, possibilitar a fácil construção de uma enorme quantidade de circuitos aplicativos sem a necessidade de conhecermos detalhes de sua estrutura interna, ou seja, é um componente de fácil compreensão e utilização relativamente simples e está disponível na forma de circuitos integrados.
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The Op Amp’s Place In The World - Ron Mancini; Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos - Antônio Pertence Júnior; Amplificadores Operacionais: Teoria e Análise Antônio Carlos Seabra; Datasheets dos componentes.
