Slides ELAII Capitulo 2 Amplificadores Operacionais

Eletrônica Analógica II

Amplificadores Operacionais

Introdução -

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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.

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

Diagrama em bloco de um amp op

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Introdução -

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

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

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

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Símbolo esquemático de um amp op

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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 4

Introdução -

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

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Suas características são as mínimas esperadas. -

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

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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.

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

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Pode-se obter um ganho de tensão utilizável em uma frequência tão alta quanto 1 MHz. 5

Introdução -

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

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

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

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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.

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Amp Op 741 -

O 741 tornou-se um padrão na indústria.

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

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

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

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

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

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

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

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Amp Op 741

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Amp Op 741 -

Diagrama esquemático simplificado do 741.

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

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Estágio de entrada -

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

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

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R2 e Q13 controlam a polarização de Q14.

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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. 9

Amp Op 741 -

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

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

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O sinal que sai de Q5 vai para Q6.

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

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Q11 é um resistor de carga ativa para Q6.

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

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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).

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Amp Op 741 -

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

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

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

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

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

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Carga ativa -

Usa-se transistores como carga em vez de resistores. 11

Amp Op 741 -

Existe a carga ativa Q4 no amp dif na entrada.

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E também a carga ativa Q11 no estágio EC.

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Compensação de frequência -

CC é o capacitor de compensação.

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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.: CinMiller    A  1CC

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

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

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Portanto, tem-se um circuito de desvio. 12

Amp Op 741 -

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

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

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

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

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Amp Op 741 -

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

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

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Impedância de entrada -

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

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Como cada emissor absorve metade dessa corrente, 25mV re '   3,33K 7,5A

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Amp Op 741 -

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Em um 741, cada transistor de entrada tem um β típico de 300, o que resulta em uma impedância de entrada de rin  2re '  2  300  3,33K  2M

Polarizações e offsets -

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

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

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

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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. 15

Amp Op 741

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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.

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O ajuste desse potenciômetro permite zerar ou cancelar a tensão de saída. 16

Amp Op 741 -

Razão de rejeição em modo comum -

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

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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.

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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.

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

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

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

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Além disso, quando a RL não é grande comparada com zout, parte da tensão amplificada aparece como queda através de zout. 18

Amp Op 741

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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.

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Amp Op 741 -

Corrente de curto-circuito -

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

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Necessário saber o valor da corrente de saída em curtocircuito.

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

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

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

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Amp Op 741 -

Resposta em frequência -

Resposta em frequência para pequenos sinais de um 741C.

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Amp Op 741 -

Resposta em frequência -

Na banda média, o ganho de tensão é 100.000.

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

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

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funitário é 1 MHz. -

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

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

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Amp Op 741 -

Slew rate (taxa de variação) -

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

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

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

Se o amp op fosse perfeito, resposta ideal.

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Amp Op 741 -


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

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

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A saída do amp dif não pode vairar mais rápido do que vout SR  t

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

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

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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. 24

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.

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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. 25

Amp Op 741 -


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

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

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Por meio de cálculo: S S  2fV p

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

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

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Limite da distorção: quando os dois são iguais

S R  S S  2fV p 26

Amp Op 741 -


Resolvendo para f,

f max

SR  2V p

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

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

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

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A linha superior do gráfico é para uma slew rate de 50 V/μs (LM318). 27

Amp Op 741

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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.

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

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Duas larguras de banda: -

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

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

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Amp Op 741 -

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

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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.

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Diferença em VBE e nas duas tensões de base.

vin  2mV  20nA22k  6,4mV 31

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.

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Admitindo que o ganho de tensão seja 100.000 vout  100000 6,4mV   640V

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Essa resposta é impossível.

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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.

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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.

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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.

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Portanto, a tensão exata que produz a saturação é 13,5V vin   0,135mV 100.000

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

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O circuito irá frequentemente saturar e ser inútil no projeto atual. 33

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 S 0,5V s f max  R   7,96 Hz 2V p 2 10

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

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Ao aumentar a frequência acima de 7,96 Hz, o sinal de saída começa a retrair e se torna triangular em vez de senoidal. 34

Amp Op 741 -

Exemplo 2.4: Qual o maior sinal de saída, sem distorção de um 741C se a frequência for de 50 KHz? SR 0,5V s Vp    1,59V 2f max 2 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.

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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.

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Amplificador Inversor -

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

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Utiliza realimentação negativa para estabilizar o ganho de tensão total.

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

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Exemplo de amplificador inversor

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Uma tensão de entrada vin aciona a entrada inversora por meio do resistor R1.

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Isso resulta numa tensão tensão na entrada inversora de v2.

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

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

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

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Quaisquer variações em v2 produzidas pela tensão de entrada estão em oposição ao sinal de saída. 37


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.

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Essa tensão de realimentação oposta reduz v2.

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Portanto, ainda que Avol tenha aumentado, v2 diminuiu e a saída final aumenta muito menos do que ocorreria sem a realimentação negativa.

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

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Terra virtual: -

Artifício bastante utilizado na análise de um amplificador inversor.

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

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

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Terra virtual: -

Assim, pode-se deduzir que -

Como Rin é infinita, i2 é zero

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Como AVOL é infinito, v2 é zero

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

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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.

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

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O terra virtual proporciona respostas muito precisas quando usado com uma forte realimentação negativa. 40


Ganho de tensão: -

Visualize um terra virtual na entrada inversora.

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À direita de R1 existe um terra para a tensão, assim vin  iin R1

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À esquerda de Rf existe um terra para a tensão vout  iin R f

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Ganho de tensão: -

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

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Dividindo vout por vin

AV CL  

 Rf R1

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

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

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

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Impedância de entrada: -

É fácil estabelecer uma impedância de entrada desejada.

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Como o terminal direito de R1 está virtualmente aterrado zinCL  R1

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

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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.

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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 f 2OL   10Hz

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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.

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Quando vout tenta diminuir, menos tensão de oposição é realimentada na entrada inversora.

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Portanto, v2 aumenta e compensa a diminuição em AVOL. 44


Largura de banda: -

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

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

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Largura de banda: -

Equação para a largura de banda em malha fechada. f f 2CL   unitario AV CL   1

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Na maioria das aplicações AV(CL) é maior que 10: f unitario f 2CL   AV CL 

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Por exemplo, para o 741 C, quando AV(CL) for 10: 1MHz f 2CL   100 KHz 10

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que está de acordo com a figura do slide anterior.

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Algumas folhas de dados se referem à Funitário como produto ganho-largura de banda (GBW) 46


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 Verro  AVOL V1erro  V2erro  V3erro 

-

Quando a realimentação negativa é usada Verro   AV CL  V1erro  V2erro  V3erro 

-

Na produção em massa, os erros de entrada podem se somar a ponto de se ter o pior caso possível. V1erro  RB1  RB 2 I inbias

V2erro  RB1  RB 2  V3erro  Vinoff 

I in off  2 47


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 RB 2  R1 R f

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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 48 ele.


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.

49



O ganho de tensão de malha fechada é  R f  75k AV CL     50 R1 1,5k

-

A largura de banda de malha fechada f unitario 1MHz f 2CL     20 KHz AV CL  50

-

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

50



A tensão de saída em 1 KHz é: v vout  iin R f   in R f  vin AV CL  10mVpp   50  500mVpp R1

-

Como 1 MHz é a frequência de ganho unitário, a tensão de saída em 1 MHz é: vout  10mVpp

-

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

51


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

52


Exemplo 2.6: Solução -

Para um 741C: Iin(bias) = 80 nA, Iin(off) = 20 nA e Vin(off) = 2 mV. RB 2  R1 R f  1,5K 75K  1,47k

-

As tensões de erro na entrada são V1erro  RB1  RB 2 I inbias   1,47 K80nA  0,118mV

V2erro  RB1  RB 2 

I in off 

 1,47 K

20nA  0,0147mV 2 2 V3erro  Vinoff   2mV

-

O ganho de tensão em malha fechada é 50.

-

Na condição de pior caso, a tensão de erro de saída Verro   AV CL  V1erro  V2erro  V3erro 

Verro  500,118mV  0,0147mV  2mV   107mV

53


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. V1erro  RB1  RB 2 I inbias   1,47 K500nA  0,735mV I in off  200nA V2erro  RB1  RB 2   1,47 K  0,147mV 2 2 V3erro  Vinoff   6mV -

Na condição de pior caso, a tensão de erro de saída Verro  500,735mV  0,147mV  6mV   344mV

-

No exemplo 2.5, a tensão de saída desejada foi 500 mVpp. Pode-se ignorar essa grande tensão de erro de saída? 54

Amplificador Inversor Exemplo 2.7: Solução.

-

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. 55

Amplificador Inversor Exemplo 2.7: Solução.

-

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.

56

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.

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Uma tensão de entrada vin aciona a entrada nãoinversora.

-

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.

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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.

59



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.

60



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.

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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). 61


Ganho de tensão. -

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

62


Ganho de tensão. -

A tensão de entrada aparece sobre R1, como vin  i1R1

-

Como nenhuma corrente pode fluir no curto-circuito virtual, a mesma corrente i1 tem que percorrer Rf, vout  i1 R f  R1



-

Dividindo vout por vin

AV CL   -

ou

AV CL   -



R f  R1 R1 Rf R1

1

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

63


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 f f 2CL   unitário AV CL 

-

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 RB 2  R1 R f 64


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 nãoinversor a seguir pode variar dentro de aproximadamente um ou dois volts de qualquer tensão de alimentação.

65


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.

66


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?

67



Ganho de tensão

AV CL   -

Rf R1

1 

3,9 K  1  40 100

Largura de banda

f unitário 1MHz f 2CL     25KHz AV CL  40

68



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

vout  i1 R f  R1  

vin R f  R1   vin AV CL  50mVpp  4  200mVpp R1

69


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,

V1erro  RB1  RB 2 I inbias   100500nA  0,05mV

I in off 

200nA V2erro  RB1  RB 2   100  0,01mV 2 2 V3erro  Vinoff   6mV -

Para condição de pior caso possível Verro  400,05mV  0,0mV  6mV   242mV 70

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.

71

Slides ELAII Capitulo 2 Amplificadores Operacionais

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