No Slide Title

Amplificadores Operacionais
Aula 14
1
PSI 2306 –Eletrônica
Programação para a Segunda Prova
2
14ª Aula:
Amplificadores Operacionais
Imperfeições CC, Grandes sinais, Integradores e Diferenciadores
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Explicar os principais parâmetros que definem um circuito
amplificador (ganhos e impedâncias)
- Construir modelos para pequenos sinais para o transistor TBJ
- Analisar e projetar circuitos de polarização empregando modelos
para pequenos sinais para o TBJ
- Esboçar as formas de onda em circuitos amplificadores básicos com
TBJ
3
O Amp Op não ideal
Operações com Grandes Sinais: A saturação
+15V
–15V
4
O Amp Op não ideal
Operações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) ou Taxa Máxima de Variação da Tensão de Saída
CL
Ci
5
O Amp Op não ideal
Operações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) ou Taxa Máxima de Variação da Tensão de Saída
Limitação por Slew Rate:
SR 
dvO
dt
máx
Ci
6
O Amp Op não ideal
Operações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) e a Faixa de Passagem a Plena Potência
dvi
 Vˆi cos t
dt
vi  Vˆi sent
se Vˆi  SR
sinal de saída distorcido!
Faixa de passagem a plena potência:
-Frequência onde VO max passa a ser distorcida por SR:
VO max  SR  f M 
SR
2VO max
Note que para f > fM a distorção ocorre para amplitudes
menores que VO max :
 M 
VO  VO max 




7
O Amp Op não ideal
Operações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) ou Taxa Máxima de Variação da Tensão de Saída
SR 
Limitação por Slew Rate:
dvO
dt
Ci
VO max  SR  f M
máx
SR

2VO max
Limitação por faixa de passagem:
v
A0
G  O 
v i 1  s / t
t  A0b
vO (t )  A0VˆID (1  e tt )
8
vO (t )  A0VˆID (1  e tt )
9
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Tensão de Offset de Entrada
Tensão de Offset de entrada:
1mV a 5mV
10
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Tensão de Offset de Entrada
Correção da Tensão de Offset de entrada:
Se não precisa amplificar desde CC...
11
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Para um Amp Op operar ele necessita de correntes de entrada, por menor
que elas sejam.
I B1  I B 2
IB 
2
I OS  I B1  I B 2
12
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Qual o efeito em um circuito em malha fechada?
VO  I B 1R2  I B R2
vale tanto para conf. inversora
como não inversora!
13
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Introduzindo um resistor R3:
VO  I B 2R3  R2 (I B1  I B 2R3 / R1 )
Considerando apenas o efeito de IB (IB1 = IB2 = IB)
VO  I B R2  R3(1  R2 / R1 )
R2
R1R 2
R3 

1  R 2 / R1 R1  R 2
14
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Com isso, também podemos analisar o
efeito de IOS
VO  I B 2R3  R2 (I B1  I B 2R3 / R1 )
I OS  I B1  I B 2
I B1  I B  I OS / 2
I B2  I B  I OS / 2
VO  I OS R 2
CONCLUSÃO: No terminal positivo devemos colocar uma resistência CC igual
àquela vista pelo terminal negativo!!
Devemos SEMPRE garantir um caminho para a corrente CC!!!
15
O Amp Op não ideal
Imperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
CONCLUSÃO: No terminal positivo devemos colocar uma resistência CC igual
àquela vista pelo terminal negativo!!
Devemos SEMPRE garantir um caminho para a corrente CC!!!
16
Integradores e Diferenciadores
A configuração inversora generalizada
17
Exemplo 2.6
Projete para Ainv = 40dB, fH = 1kHz e Rin = 1kW
VO (s )
1
1


Vi (s )
Z 1(s )Y2 (s )
R1(sC 2  1 / R 2 )
VO (s )
R 2 / R1
1


R1
Vi (s )
 sC 2R1 1  sC 2R 2
R2
para s=0 (CC) o ganho é –R2/R1
K
VO (s ) R 2 / R1

(FPB!)
Vi (s ) 1  sC 2R 2
1 / ω0
Explo: ganho de 40dB
40dB  100V V ou R2 / R1  100
para Rin = 1k  R1=1kW e  R2=100kW
se f0 = 1kHz  C2=1,59 nF
18
Exemplo 2.6
Projete para Ainv = 40dB, fH = 1kHz e Rin = 1kW
k  100
0  2 1kHz
1,59nF
100k
1k
+180º
+135º
+90º
19
O Circuito Integrador Inversor
se o circuito começa a operar em t=0:
1 t
vC (t )  VC   i1(t )dt
C 0
1 t
como vO (t )  vC (t )  vO (t )  
v I (t )dt  VC

0
CR
20
O Circuito Integrador
ou, no domínio das frequências:
1
Vo (s )
1


j CR
Vi (s )
sCR
Vo (s )
1

Vi (s ) CR
  90
Ganho “infinito” (Ad) em CC!
fH
Frequência (característica) do integrador
21
O Circuito Integrador
O efeito da corrente ou tensão de offset na entrada
VOS
aumenta linearmente com
o tempo, até saturar!
IOS
aumenta linearmente com
o tempo, até saturar!
22
O Circuito Integrador
Atenuando o efeito da corrente ou tensão de offset na entrada
VOS R ou I OS
vO CC  VOS (1  RF / R)  IOS RF
VO
R /R
 F
Vi
1  sCRF
23
O Circuito Diferenciador
• Amplificador de ruídos
• Pouco utilizado
ou, no domínio das frequências:
Vo (s )
  j CR
Vi (s )
Ganho “infinito” (Ad) em freq altas
Vo (s )
 CR
Vi (s )
  90
24
1
vO (t )  
CR
 1.dt, 0  t  1ms
t
0
vO (t )  10t , 0  t  1ms
vO ()  IRF  0,1  103  1  106  100V
vO (t )  100(1  e t /10 ), 0  t  1ms
vO (1ms)  100(1  e 1/10 )  9,5V
25