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ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 1 ELECTRÓNICA GERAL CONTEÚDO AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 2.1. Circuitos básicos com Amplificadores Operacionais Montagem não inversora, Seguidor; Inversor; Somadores e circuitos diferença; Integradores; Diferenciador; Comparadores; Rectificadores de precisão; Detector de Pico. 2.2. Amplificador Operacional Real Características não ideais de funcionamento: ganho e largura de banda; Resposta em frequência; corrente e tensão de desvio (“offset”); Taxa de deslizamento (“slew rate”); impedâncias de entrada e de saída; excursão de sinal; Modelo de um Amplificador Operacional não ideal. 2 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Ideal Entrada inversora Entrada não inversora Unilaterais – variáveis de saída não influenciam as variáveis de entrada Impedância de entrada infinita (Zi>1MW) Impedância de saída nula (Zo<100W) Ganho de tensão infinito (105<A< 106) - Importante !! (define a qualidade do Ampop) Largura de banda infinita Correntes de entrada nulas 3 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Ideal Circuito Equivalente do ampop ideal AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Representação das fontes de sinal de entrada v1 e v2 em termos das componentes diferencial e de modo comum v1 vICm vId / 2 vId v2 v1 vICm 1 v1 v2 2 Entrada diferencial v2 vICm vId / 2 Entrada de modo comum 4 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Modelo interno de um Amplificador Operacional Ideal Expressar v3 em termos de v1 e de v2 para o caso de Gm=10mA/V, R=10kW e =100, Determinar o valor do ganho em cadeia aberta. v3 vd vd Gmv2 Gmv1 R v3 Gm Rv2 v1 A Gm R A 100 x10mA / Vx10000 A / V 10 4 A 20 lg 104 dB 80dB 5 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Característica de transferência de um Amplificador Operacional Ideal vO vO VSAT+ 10V VSAT+ 10mV vD vD VSAT- VSAT- A tensão de saída só depende da tensão diferencial de entrada vD Na zona linear da característica VO=A vD vD 0; VSAT vO VSAT ; vO AvD vD i1 i2 0 vO vO 0 A Nas zonas de saturação VO=VSAT+ ou VO=VSAT- vD 0 vO VSAT ; i1 i2 0 vD 0 vO VSAT ; i1 i2 0 6 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Linear Amplificador realimentado Componentes ligados da saída para a entrada negativa Realimentação negativa 7 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Montagem não inversora Ganho em cadeia fechada vO vI vI 0 R2 R1 vO vI vI R2 R1 R2 R2 R2 vO vI vI vO vI vI 1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 Características da montagem não inversora: GANHO: R Af 1 2 R1 Resistência de entrada: Rif Resistência de saída: Rif 0 8 ELECTRÓNICA GERAL Montagem não inversora GANHO: Af AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Características da montagem não inversora: vO R2 1 vI R1 Resistência de entrada: Rif Resistência de saída: R0 0 Esquema equivalente da montagem não inversora: Gerador de tensão comandado por tensão vi + - A f vI vo 9 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Características da montagem não inversora: Influência do ganho do ampop A sobre o ganho da montagem Af: GANHO A finito: vO v x vI vD vI A vX vD v x vI vD vI vD=VO/A vO A Af vI 1 A 1 R2 10 R1 R1 R1 R2 A Af 102 9,09 103 9,90 104 9,99 ∞ vI v x vO R1 R1 R2 vO R1 vO A R1 R2 vO A vO vO vI A 1 A 10 10 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Seguidor de tensão isolador Rg vg + - + Rg Rl Rl vO vg Rl Rg vg + - Rl vO=vg vo<vg 11 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Inversor Análise da montagem inversora. v vI O R1 R2 vO R2 vI R1 Af vO R 2 vI R1 12 ELECTRÓNICA GERAL Montagem inversora AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Características da montagem inversora: GANHO: vO R2 Af vI R1 Resistência de entrada: Rif R1 Resistência de saída: R0 0 Esquema equivalente da montagem não inversora: vI RI + - A f vI vo 13 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Características da montagem inversora: Influência do ganho do ampop A sobre o ganho da montagem Af: vX GANHO A finito: vO v x v D A R1 R1 R2 vD=VO/A vD vO 1 vO 1 v v I O A R R A 1 2 vO A Af 1 vI 1 A 14 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Análise da montagem inversora considerando o ganho de cadeia aberta finito Resistências de entrada e de saída Rif R1 Rof 0 Ordem de grandeza (RiRO)1/2 Resistências no circuito devem ser menores que Ri e maiores que Ro (do ampop) Exemplo: (Ri= 1 MW e Af=100 e RO=100W (RiRO)1/2=10kW R1=1kW e R2=100kW 15 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Inversor - Exemplo Exemplo 1 Determinar uma expressão para o ganho Af. Use este circuito para dimensionar um inversor com ganho Af=100 e uma resistência de entrada de 1MW. As resistências devem ser menores ou iguais que 1MW. 1 v1 i2 i1 3e4 5 6 v R vx v1 R2i2 0 R2 i 2 vi R1 R1 0 vx i3 R3 0 R2 vi R1 R 2 vi R3 R1R3 vO vO 0 A v v v 0 v 2 i1 i R 1 iR Ri 1 1 1 vi R1 vi R 2 vi R1 R1 R3 7 i4 i2 i3 8 vo vx R4i4 v R2 R vi i 2 vi R4 R1 R1 R1R3 16 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Inversor - Exemplo 1 v1 Exemplo 1 vO vO 0 A 3 e 4 i2 i1 5 vo R2 R4 R2 R4 A vi R1 R1 R1R3 R2 R4 R4 A 1 R1 R2 R3 2 i1 vi v1 vi 0 vi R1 R1 R1 vi R1 v x v1 R2i2 0 R2 0 vx R3 0 vi R 2 vi R1 R1 R2 vi R R1 2 vi R3 R1 R3 6 i3 7 i4 i2 i3 8 vo vx R4i4 vi R 2 vi R1 R1 R3 v R2 R vi i 2 vi R4 R1 R1 R1R3 R1 R2 R4 1M W A 100 R3 10, 2k W 17 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Somador v1 R1 v i2 2 R2 i1 v in n Rn i i1 i2 ... in vo i Rf vo v1 v2 v ... n R f R1 R2 Rn Rc Ra Rc Ra Rc Rc vo v1 v2 v3 v4 R1 Rb R2 Rb R4 R3 18 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Representação dos sinais de entrada através das suas componentes diferencial e de modo comum Circuitos diferença vo Ad vId Acm vIcm Ad = ganho diferencial Acm = ganho de modo comum – idealmente deverá ser nulo CMRR = razão de rejeição de modo comum Ad CMRR 20 log Acm 19 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Aplicação do Teorema de Sobreposição para resolver o amplificador diferença vI2=0 vI1=0 R2 vo1 vI 1 R1 R4 R2 1 vI 2 vo 2 R3 R4 R1 20 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Aplicação do Teorema de Sobreposição para resolver o amplificador diferença R2 vo1 vI 1 R1 R4 R2 1 vI 2 vo 2 R3 R4 R1 R2 R4 R2 1 vI 2 vo vo1 vo 2 vI 1 R1 R3 R4 R1 R2 vI 1 vI 2 vo R1 R4 R2 R3 R1 21 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Análise do amplificador diferença para determinar o seu ganho em modo comum: Acm = vO / vIcm. Cálculo de i1: i1 vIcm vx / R1 vx i1 vx 1 R4 vIcm vIcm R1 R3 R4 R3 1 i1 vIcm R R R 3 1 4 Cálculo de vO: vO vx i2 R2 R4 vO vIcm i2 R2 R3 R4 Como i2=i1 vO R3 R2 R4 vIcm vIcm R3 R4 R3 R4 R1 vO R4 R2 R3 1 vIcm R3 R4 R1 R4 Ganho de modo comum Acm Acm vO R4 R2 R3 1 vIcm R3 R4 R1 R4 22 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuitos diferença Determinar a resistência de entrada do amplificador diferença para o caso de se ter R3 = R1 e R4 = R2. Rid vId i1 vId R1i1 0 R1i1 Rid 2R1 Desvantagens: 1 - Ganho diferencial elevado: R2 /R1 e R1 tem que ser baixo levando a uma baixa impedância de entrada. 2 – Difícil variar o ganho diferencial. 23 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador de Instrumentação Análise Ganho variável através de R1 impedância de entrada infinita 24 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Real Características não ideais de funcionamento: Ganho e Largura de banda Ganho diferencial e ganho de modo comum Representação das fontes de sinal de entrada v1 e v2 em termos das componentes diferencial e de modo comum Entrada diferencial vId v2 v1 A tensão e saída depende das componentes diferencial e de modo comum vId e vICm vO AvId AC vICm A → ganho diferencial AC → ganho de modo comum Num ampop ideal A=infinito e AC=0 Num ampop real em que AC≠0 define-se relação de rejeição de modo comum Entrada de modo comum vICm CMRR=A/AC = 80 a 100dB (104 < – >105) 1 v1 v2 2 25 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real vId v2 v1 vICm AMPLIFICADORES OPERACIONAIS MONTAGEM INVERSORA vId 0 1 v1 v2 2 vICm 0 vO AvD AC vICm A → ganho diferencial AC → ganho de modo comum Um ampop com CMRR finito é equivalente a um ampop ideal com um gerador de tensão vE na entrada O efeito de AC não é importante MONTAGEM NÃO INVERSORA vId 0 vICm vI vE- + vE AC vICm vICm / CMRR A O efeito de AC é importante Importante quando se têm tensões diferenciais de pequena amplitude associadas a tensões de modo comum elevadas 26 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real vO AvD AC vICm vE AC vICm vICm / CMRR A Resistência de entrada diferencial é a resistência “vista” por um gerador ligado entre os terminais + e – da entrada ~ Rid Resistências de entrada e de saída Amplificador Operacional Ideal vI RI + - vo A f vI Amplificador Operacional Real RO VId Resistência de entrada de modo comum é a resistência “vista” por um gerador que produz uma tensão e modo comum ~ Ric VIcm vId Rid 2Ric + 2Ric - A vD vo Ric>> Rid >> RO 100MW >> 1 MW >> 100W 27 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real Tensão de “offset” (desvio) AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Característica de um AO real com tensão de offset VOS= - 5mV Montagem inversora com as entradas ligadas à massa. vx VOS Devido à tensão e offset a saída não é nula vx VOS R VO VOS VOS VO VOS 1 2 R2 R1 R1 Efeito da tensão de offset piora quando a amplitude dos sinais a amplificar é da mesma ordem de grandeza da tensão offset e quando são de baixa frequência COMPENSAÇÃO 28 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Real Compensação da Tensão de offset O efeito da tensão de offset na saída do ampop pode ser colocado a zero, colocando um potenciómetro nos terminais de compensação do ampop. Mais caro; VOS varia com a temperatura e com outras condições ambientais 29 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Real Tensão de offset Inversor com acopulamento capacitivo circuito equivalente para determinar a tensão de offset na saída VO. 30 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real Correntes de polarização de entrada representadas por duas fontes de corrente IB1 and IB2. AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Corrente de desvio (“offset”) Análise do amplificador em malha fechada tendo em conta as correntes de polarização de entrada Corrente de polarização de entrada IB = ½( IB1 + IB2) I B1 I B I OS 2 Corrente de desvio de entrada IOS =( IB2 – IB1) I B 2 I B I OS 2 31 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Corrente de desvio (“offset”) Compensação do efeito das correntes de polarização de entrada através da introdução de R3 vx I B 2 R3 corrente em R1: corrente em R2: R I R1 I B 2 3 R1 I R 2 I B1 I B 2 R3 R1 R vO I B 2 R3 1 2 I B1R2 R1 Considera-se IB1=IB2, para que seja vO=0 obtêm-se R3=R1//R2 Se IB1≠IB2, têm-se: v I R O OS 2 I B1 I B I OS 2 I B 2 I B I OS 2 Se R3=0, têm-se: vO I B R2 Como I OS 0,1I B obtem-se uma redução 32 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real AMPLIFICADORES OPERACIONAIS corrente de desvio (“offset”) Neste caso faz-se R3=R2 pois a resistência vista pela entrada menos é R2 Neste caso o amplificador não funciona sem R3 pois é necessário existir um caminho para que as correntes de polarização se fechem. 33 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Resposta em frequência de um amplificador com um ganho nominal de 10V/V Resposta em frequência Pólo dominante. Pólo a baixa frequência que determina a resposta em frequência; existem outros pólos a frequências muito mais elevadas (que não interessam) A(s) → Ganho diferencial As 1 →Largura de banda a 3dB A0 →Ganho de baixa frequência A0 1 s 1 S1 → As B s BA01 →Produto banda - ganho 34 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Resposta em frequência Amplificador Operacional Real A0 Montagem não inversora: vO As Af vI 1 As Se A(s) tiver um pólo dominante Af vO A0 vI 1 s / 1 A f s Af 0 1 s / a A() com R1 R1 R2 Af0 Af() 1 A0 As 1 s / 1 a Af0a= A01 A0 1 1 s / 1 Af 0 A0 1 A0 a 1 1 A0 Como A0>>1 fica: R2 R1 a 1A0 B Af 0 1 1 Concluí-se: A(s) tem um pólo dominante Af(s) também tem um pólo mantém-se o produto bandaganho: Af0a=A01 35 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Resposta em frequência Amplificador Operacional Real A0 Montagem inversora: vO As Af 1 vI 1 As Se A(s) tiver um pólo dominante Af As A() com R1 R1 R2 Af0 1- Af() A0 1 s / 1 A0 vO (1 ) vI 1 s / 1 1 A f s 1 s / a a A f0 a A0 1 1 s / 1 Como A0>>1 fica: Af 0 A01 A0 A f 0 (1 ) 1 A0 Af 0 1 R2 R1 a 1 1 A0 a 1A0 B Conclui-se: o produto bandaganho não se mantêm: Af0a=(1-)A01 36 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Montagem não inversora: A0 Montagem inversora: A0 A() A() Af0 Af0 1- Af() 1 Af() a Af0a= A01 1 a A f0 a A01 A.O. com produto banda-ganho =1MHz Af0 fa Af0 fa 1 1MHz 1 500 kHz 10 100kHz 10 90,9 kHz 100 10kHz 100 9,90 kHz 1000 1kHz 1000 999 Hz produto banda-ganho mantêm-se produto banda-ganho não se mantêm 37 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Problema nº38 Considere um A.O. representado pelo modelo da Fig1. Para o circuito da Fig.2 determine: a) o ganho em DC ; b) a frequência de corte a -3dB. R1 + - vd vy vx A0vd Fig.1 Resolução: vx + - A1v x vO vd R1=100kW; R2=9R1; C=(1/2p)F; Ad=104; A1=1 Fig.2 1 . Cálculo do ganho do A.O. em cadeia aberta: A0 vd 1 1 jC R1 jC A0vd vO A1vx A1 1 s / 1 A0 vx A0 vd jR1C 1 1 s / 1 vO A1 A0 A( s ) vd 1 s / 1 com s j e 1 1 R1C Função de Transferência do A.O. 38 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL 2 . Cálculo do ganho do em cadeia fechada do circuito da Fig.2 vy vd v y vi vd vi Fig.2 Por outro lado tem-se: R1 v y vO R1 R2 vO A em A A0 A1 1 s / 1 v y vi vd vi vi Substituindo em (*) A pelo seu valor que vO R1 vO A R1 R2 vO A vO vO vI A 1 A A0 A1 A0 A1 vO 1 A0 A1 A 1 s / 1 s vi 1 A 1 A0 A1 1 1 1 A0 A1 1 s / 1 Função de Transferência do circuito da Fig.2 considerando o modelo do A.O. Da Fig.1 39 (*) ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS a) Ganho em DC do circuito da Fig.2: vO vi vO vi DC DC vO vi s 0 A 1 A s 0 A0 A1 A0 A1 1 A0 A1 A0 A1 1 s / 1 A0 A1 0 1 A0 A1 1 1 1 1 A0 A1 1 s / 1 A0 1 1 R 1 2 1 9 10 1 1 A0 R1 A0 b) Frequência de corte a -3dBs: A0 A1 vO 1 A0 A1 (s) s vi 1 1 1 A0 A1 a A01=ADCa=104x2px10=10x2px104 A1 1 pois s a 1 1 A0 A1 1 R1 1 A0 R1C R1 R2 1 4 R 1 10 1 10 R 105 10 6 2p a 2p 10 1 103 2p 10 4 rad .s a f a 10kHz 40 ELECTRÓNICA GERAL Amplificador Operacional Real AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Saturação da tensão de saída Limites da corrente de saída exemplo Montagem não inversora com um ganho nominal de 10V/V utiliza um A.O. que satura a ±13-V e tem uma corrente de saída máxima de ±20-mA Quando a tensão de entrada tem um valor de pico máximo de 1.5 V, o sinal de saída fica limitado a ±13 V. 41 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Real Taxa de inflexão - “slew rate” SR dvO dt [V/s] max Máxima taxa de variação da tensão de saída do ampop -> causa distorção não linear (diferente da limitação em largura de banda que causa distorção linear) Forma de onda sinusoidal de saída (teórica) Efeito de slew-rate limitando as formas de onda sinusoidais de saída 42 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplificador Operacional Real Taxa de inflexão - “slew rate” dvO SR dt max Efeito da taxa de inflexão sobre o funcionamento em regime alternado sinusoidal vo t Vom sin( t ) dvo t Vom cos(t ) dt dvO dt Vom SR max Exemplo: SR=0.5V/s <SR/Vom=0.5V/s/Vom Para não haver distorção quando Vom=1V é necessário que f<80kHz Efeito de slew-rate limitando as formas de onda sinusoidais de saída Para não haver distorção quando Vom=10V é necessário que f<8kHz 43 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Integrador e Diferenciador A montagem inversora com impedâncias Exemplo 1 - Derivar uma expressão para a função de transferência vO(s)/vi(s). 2 – Mostrar que é um filtro passa baixo. 3 – Determinar o ganho em DC e a frequência de corte (3dB). 4 – Dimensionar o circuito para obter um ganhoDC de 40dB, uma frequência de corte de 1kHz, e uma resistência de entrada de 1kW. 5 – Qual a frequência a que a amplitude da transmissão se torna unitária? 6 – Qual o ângulo de fase à frequência de corte? 44 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Integrador Função de Transferência: Vo j 1 VI j jRC Módulo e fase: Vo 1 VI RC 90o Filtro passa baixo i1 vI / R dvC i1 C dt dvO vI C R dt dvO vI RC dt dvO 1 vI dt RC dvO 1 vI dt RC vO 1 vI RC 45 ELECTRÓNICA GERAL Integrador AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Problema com a tensão de offset: A tensão de saída aumenta linearmente com a tensão deoffset até o ampop saturar Problema com as correntes de offset A tensão de saída aumenta linearmente com a tensão deoffset até o ampop saturar 46 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Solução: Montar a resistência RF em paralelo com C Integrador Impulso de entrada Rampa linear de saída do integrador ideal, com constante de tempo de 0.1 ms Vo ( s ) 1 Vi ( s ) sCR Integrador de Miller: com uma grande resistência RF ligada em paralelo com C para assegurar realimentação negativa e uma ganho finito em dc. Vo ( s ) R /R F Vi ( s ) 1 sCRF Rampa exponential de saída com resistência RF ligada em paralelo com o condensador. 47 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Diferenciador Filtro passa alto Amplifica o ruído de alta frequência Vo ( s ) sCR Vi ( s ) EVITAR! Vo ( j ) jCR Vi ( j ) Resposta em Frequência de um diferenciador com constante de tempo CR. 90o 48 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear vO COMPARADOR v1 + v2 - VSAT+ vO V1-V2 VSAT- v1 v2 0 vO VSAT v1 v2 0 vO VSAT 49 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear vO COMPARADOR não Inversor v1 VSAT+ v1 VREF vO + VREF v1 VREF vO VSAT t v1 VREF vO VSAT VREF v1 vO VSAT- VSAT+ t VSAT- vO COMPARADOR Inversor + VREF v2 - vO VSAT+ v2 VREF vO VSAT v2 VREF vO VSAT VREF v2 VSAT50 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear COMPARADOR REGENERATIVO (Schmitt trigger) R2 vx vx vO + R1 v1 vI crescente vO - R1 R1 R2 VSAT+ 1. VI bastante negativo implica: vO=VSAT+ 2. vx=VSAT+ 3. Este estado mantém-se enquanto vI<VSAT+ 4. Quando vI>VSAT+ 5. vx=VSAT- o circuito muda de estado e vO=VSAT- VSAT- VSAT+ 51 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear vI decrescente COMPARADOR REGENERATIVO (Schmitt trigger) R2 vx vO + R1 v1 vO - 1. Considerando vO=VSAT- R1 R1 R2 vx VSAT 2. Se vI decrescer por forma que vI<VSAT3. O circuito muda de estado vO=VSAT+ vx 5. vx=VSAT+ Inversor – fora da zona em que há histerese VO e VI têm sinais contrários 52 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear Não Inversor – fora da zona em que há histerese VO e VI têm o mesmo sinal R1 VSAT R2 vx R1 vSAT R2 R2 R1 vI vO R1 R2 R1 R2 v x 0 vI vx 0 vI R1 vO R2 R1 vO R2 (vO VSAT ) (vO VSAT ) vO=VSAT+ Transição rápida devido à realimentação positiva vO=VSAT- Eliminação de ruído 53 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Figure 13.22 Illustrating the use of hysteresis in the comparator characteristics as a means of rejecting interference. 54 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ELECTRÓNICA GERAL omparadores de histerese com tensão de referência não nula vO R2 vx + R1 VREF VSAT+ v1 vO (1-)VREF - vI VSAT+ R2 R1 vx vREF vO R1 R2 R1 R2 vO VSAT- VSAT+ vx 1 vREF vO vI < vx vO =VSAT+ vx 1 VREF VSAT vI > vx vO =VSAT- vx 1 VREF VSAT VSAT(1-)VREF vI VSAT- 55 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais Funcionamento Não Linear Rectificador de precisão Se VI=0.1V não podem ser utilizados circuitos normais de rectificação (queda tensão diodo 0.7V) Operação: se vI>0 → vA>0 e D entra em condução e vO=VI se vI<0 → vA<0 e D entra no corte e vO=0 Desvantagens: Se vI<0 → vD=VI (tensão maior que alguns volt) → protecção de sobre tensão Tirar o ampop da saturação demora tempo → limitação em frequência 56 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Versão melhorada do rectificador de meia onda de precisão: O Diodo D2 é incluído para manter a malha de realimentação do ampop fechada durante os intervalos de corte do díodo D1, evitando assim que o ampop sature. vx vA Característica de transferência para R2 = R1. Operação: se vI>0 → D2 entra em condução vx=0 ; D1 não conduz e vO=-VD2=0 se vI<0 → vA>0 e D2 entra no corte e D1 conduz : vO=-vI para R1=R2 57 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS APLICAÇÃO Voltímetro AC consistindo num rectificador de precisão de meia onda seguido por um filtro passa baixo de primeira ordem. rectificador de precisão V1( av) VP R2 1 min p R1 CR4 filtro passa baixo de primeira ordem VP R2 R4 V2 p R1 R3 58 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Rectificação de onda completa de precisão: princípio de funcionamento Rectificação de onda completa de precisão Característica de transferência para R2 = R1. 59 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Rectificação de onda completa de precisão A>0→D2 “on” → C=vI →vO=vI A<0→D1 “on” → C=-vI →vO=-vI 3 “on” 2 C=vI 1 A>0 5 “off” 1 A<0 5 4 iR1=iR2=0 2 iR1=iR2≠ 0 “off” vO=vI>0 4 vO=- R2/R1vI>0 3 “on” Característica de transferência para R2 =R1. 60 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Voltímetro de precisão Colocando a ponte de diodos e o amperímetro na cadeia de rectroacção do ampop mascaram-se as não idealidades dos diodos e do aparelho de medida iM vA R vA>0 vA<0 iM 61 ELECTRÓNICA GERAL AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Detector de Pico de precisão com diodo na malha de realimentação Detector de Pico de precisão com seguidor 62 ELECTRÓNICA GERAL Circuito de clampling vI AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Circuito de clampling de precisão vO vI vO 63
