circuitos não lineares com circuitos não lineares com amp op

28/10/2010
IFBA
CIRCUITOS NÃO LINEARES COM
AMP OP
CELET – Coordenação
C d
ã do
d Curso
C
Técnico
Té i em Eletrônica
El ô i
Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Vitória da Conquista - 2009
CIRCUITOS NÃO LINEARES COM
AMP OP
•
Amps Op são componentes baratos, versáteis e seguros;
•
Amp. de tensão, fontes de corrente e filtros ativos;
•
Mas também em circuitos de diodos ativo, comparadores e geradores de sinal;
•
Circuitos não-lineares;
– Forma do sinal de saída diferente do de entrada;
– Circuito mais complicados dos que os lineares;
– Pode saturar;
– Ou ter a malha de realimentação aberta durante parte do seu ciclo de
operação.
1
28/10/2010
CIRCUITOS COM DIODO ATIVO
• Retificador de Meia-Onda
– O alto ganho de tensão reduz o efeito da tensão de joelho;
vin = __0,7__ = 7 µV
100.000
– Funciona como seguidor de tensão;
– É indicado para pequenos sinais, na faixa de microvolt;
– Ação como buffer;
– Pode eliminar os efeitos da fonte e da carga.
CIRCUITOS COM DIODO ATIVO
 Detector de Pico Ativo
• Constante de tempo é baixa RLC;
• Em relação ao período do sinal de entrada.
 No caso de uma Carga Baixa
•
•
Pode-se utilizar um amp op como buffer;
No mínimo RLC > 10T;
onde T = período da frequência mais baixa de entrada
 No caso de RLC ser alta
• Pode-se descarregar rapidamente o capacitor;
• Preparando o circuito para um outro sinal.
2
28/10/2010
CIRCUITOS COM DIODO ATIVO
 Limitador Positivo Ativo
• Esse circuito ceifa uma
parte do sinal.
 Limitador Positivo e Negativo Ativo
• Abaixo da tensão Zener o circuito tem um ganho de malha fechada de R2/R1;
• Acima da tensão Zener mais 0,7 V, a saída é ceifada;
• Tensão de saída igual a
tensão em cima de R2.
CIRCUITOS COM DIODO ATIVO
 Grampeador Positivo Ativo
3
28/10/2010
COMPARADORES
• Comparador com duas entradas
– Não-inversora e inversora.
• Comparador com uma entrada aterrada
– Para 741C → 135 µV é suficiente para saturar positivamente o amp op;
– Ou -135 µV para saturar negativamente o amp op;
COMPARADORES
• Mudando o Ponto de Referência
– Capacitor de desvio reduz a quantidade de ondulação e ruído da fonte;
– Para ter efeito fc < fond;
– Saturação positiva e saturação negativa;
– Detector de limite;
– Podemos estabelecer esse limite.
4
28/10/2010
COMPARADORES
• Mudando o Ponto de Referência
– Capacitor de desvio reduz a quantidade de ondulação e ruído da fonte;
– Para ter efeito fc < fond;
– Saturação positiva e saturação negativa;
– Detector de limite;
– Podemos estabelecer esse limite.
COMPARADORES
• Comparador com Alimentação Simples
– Vin < vref a saída é baixa;
– Vin > vref a saída é alta;
– Nos dois casos a saída é positiva.
5
28/10/2010
COMPARADORES
• Comparadores na Forma de CI
– Um amp op como um 741C pode ser utilizado como um comparador;
– Porém existem limitações de velocidade;
– Sua taxa de variação (SR) é de 0,5 V/µs;
– Gasta mais do que 50 µs para comutar de – 13,5 V para +13,5 V.
• Solução usar um LM318
– Com uma taxa de variação (SR) é de 70 V/µs;
– Gasta aproximadamente 0,3 µs para comutar de – 13,5 V para +13,5 V.
COMPARADORES
• Outra solução – eliminar o capacitor de compensação do amp op
– Esse capacitor tem a finalidade de evitar oscilações;
– Porém ele reduz o ganho;
– Como o amp op é utilizado como um circuito não-linear ele pode ser eliminado.
• Em um CI otimizado
– O tempo de comutação depende, agora, das capacitâncias parasitas;
– Uma maneira de reduzir esse tempo é reduzindo R (de elevação);
– Pois diminui a constante de tempo de saída;
6
28/10/2010
COMPARADORES
• Exemplos de comparadores: LM311, LM339 e NE529
SCHMITT TRIGGER
Um ruído pode mudar a saída de um comparador.
– Os motores elétricos, letreiros luminosos de neon, rede elétricas, ignições de
automóveis, raios e outros;
– Produzem campos eletromagnéticos que podem induzir um ruído em um
circuito eletrônico.
• A solução:
– É um Schmitt Trigger;
– Histerese (grego) = atraso
7
28/10/2010
SCHMITT TRIGGER
– vref = + BVsat = VDS;
– vref = - BVsat = VDI;
B = __R2__
R1 + R2
• Mudança de estado da saída
– A tensão de entrada tem que
ser maior do que a de
referência;
– E o sinal tem que ser oposto.
SCHMITT TRIGGER
• Circuito Não-Inversor
Não Inversor
UTP = iin R2;
iin = Vsat;
R1
UTP = R2 Vsat;
R1
8
28/10/2010
INTEGRADORES
• Aplicação mais comum
– Gerar uma rampa;
– Quando a entrada é uma onda quadrada (sinal usual).
• Circuito Básico
– Devido ao terra virtual a corrente é:
Iin = Vin
R
– E ainda, a tensão de saída é igual a tensão em cima do capacitor;
INTEGRADORES
•
Rampa
– Como uma corrente constante circula no capacitor,
– a carga Q aumenta linearmente em relação ao tempo,
– logo
g a tensão aumenta linearmente.
– O que equivale a uma saída na forma de uma rampa;
C = _Q_
V = _Q_
V
C
– Em razão do capacitor reter a carga a tensão de saída é negativa;
– A tensão sobre o capacitor no final do pulso;
V = _Q/T_
V = _I_
V = _IT_
T
C
T C
C
– Para o Integrador funcionar adequadamente → RC > 10T;
– Circuito equivalente com a capacitância de Miller.
9
28/10/2010
INTEGRADORES
• Eliminação da Compensação (Offset) de Saída
– O capacitor se carrega e não descarrega mais, com a tensão de
compensação e o amp op entra na saturação;
– Para ele descarregar
g e voltar a se carregar
g se utiliza o circuito abaixo.
• Uma outra forma é utilizar um JFET
CONVERSORES DE FORMA DE ONDA
• Schmitt trigger
• Senoidal em Retangular
– Funciona para sinal de entrada que tem ciclos repetidos;
– Sinal suficientemente grande para passar pelos dois pontos de comutação;
– O sinal não precisa ser senoidal.
10
28/10/2010
CONVERSORES DE FORMA DE ONDA
• Integrador
• Retangular em Triangular
– Onda de saída com a mesma frequência que a onda de
entrada;
– Tensão de saida:
vout = _vin_
4fRC
CONVERSORES DE FORMA DE ONDA
• Comparador – detector de limite
• Triangular em Pulso
– Podemos mudar a largura do pulso de saída;
– Tensão de referência é ajustável (0 a +V);
11
28/10/2010
GERADORES DE FORMA DE ONDA
• Oscilador de Relaxação
– Não há sinal de entrada;
– O capacitor se carrega exponencialmente;
– Nunca
N
atinge
ti
+ Vsat porque a sua tensão
t ã atinge
ti
o UTP;
UTP
– Após isso ele muda de direção e atinge LTP;
– Período da onda retangular:
– T = 2RC ln 1 + B;
1–B
– Frequêcia depende da carga e descarga do capacitor.
GERADORES DE FORMA DE ONDA
• Gerando Ondas Triangulares
– É a associação de um oscilador de relaxação e um integrador;
– A onda
d triangular
i
l tem a mesmo período
í d que a retangular;
l
12
28/10/2010
CONVERSORES A/D
Utilizado em voltímetros;
Tensão a ser medida é aplicada à entrada não-inversora;
Tensão em escada alimenta a entrada inversora;;
À medida que a tensão inversora aumenta, a tensão de erro torna-se menos
positiva;
– Em algum ponto ocorre uma transição, e a saída do comparador muda;
– Quanto maior a tensão vin, maior o tempo de ultrapassagem;
– Portanto, o tempo é proporcional a tensão.
–
–
–
–
COMPARADOR DE JANELA
•
Um comparador desse detecta quando a tensão de entrada situa-se entre dois
limites;
• Exemplo de funcionamento com Amp Op
Quando vin = 0 , diodo superior esta em condução e o inferior em corte;
A entrada não-inversora é + 0,7 V;
Entrada inversora está em + 3V;
Tensão de erro é negativa e a saída do comparador é baixa;
13
28/10/2010
COMPARADOR DE JANELA
• Exemplo de funcionamento com Amp Op
À medida que vin aumenta, a tensão de entrada não-inversora aumenta;
Até + 2,3 V, quando passa a ser 3 V;
Acima disso a saída do comparador se torna alta;
Quando vin aumenta ainda mais, até chegar a + 4,7 V;
Acima disso a tensão da entrada inversora fica maior do que a entrada nãoinversora, e a saída fica negativa, levando a saída para o estado baixo.
COMPARADOR DE JANELA
• Utilizando o LM339
– Limites de + 3 a + 4 V;
– Um comparador terá o transistor de saída saturado, e o outro em corte;
– Transistor saturado leva a tensão de saída para o nível baixo;
14
28/10/2010
MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER
• As capacitâncias parasitas diminuem a velocidade de comutação, pois a tensão não
pode mudar até que essas capacitâncias sejam carregadas;
• Capacitor de Elevação de Velocidade
– Quando a tensão de saída começa a variar, esta variação é realimenta à entrada
não-inversora e é amplificada, forçando a saída a variar mais rápido;
– Para aumentar a velocidade é conectado C1;
– A capacitância parasita tem que ser carregada antes da variação na entrada;
MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER
• Capacitor de Elevação de Velocidade
– Para neutralizar a capacitância parasita:
XC2 = R2
XC1 R1
C1 = R2 C2
R1
R1C1 ≥ R2 C2
15
28/10/2010
MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER
• Deslocando os Pontos de Comutação
– O divisor de tensão define o centro do
laço de histerese;
MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER
• Deslocando os Pontos de Comutação
– Schmitt trigger não
não-inversor;
inversor;
16
28/10/2010
DIFERENCIADOR
Produz uma tensão de saída proporcional à inclinação da tensão de entrada;
• Aplicações:
– Detecção das bordas anterior e posterior de um pulso retangular;
– Ou a produção de uma saída retangular a partir de uma rampa.
rampa
• Diferenciador RC
RC < 10T
DIFERENCIADOR
• Diferenciador Amp Op
i = Cdv;;
dt
i = C∆v;
∆t
Para evitar as oscilações coloca-se um resistor na entrada de 0,01R a 0,1R;
Em caso de haver uma fonte pode ser que a resistência dessa fonte substitua
esse resistor.
17
28/10/2010
UM OUTRO GERADOR TRIANGULAR
• Amplificador ca
– Um Schmitt trigger não-inversor com um integrador;
18