Aula 8A Amplificador Operacional
Propaganda
EE530 Eletrônica Básica I Fabiano Fruett Aula 8A - Amplificador Operacional Ideal • Características ideais • Realimentação negativa • Amplificador não inversor • Amplificador inversor • Somador, Retificador de precisão, Amplif. Logarítmico, Amplif. de raiz quadrada 1 O amplificador operacional é um circuito eletrônico de grande versatilidade que tem larga aplicação Simbologia básica: Vout = A0 ( v+ − v− ) 2 1 Exemplo de Encapsulamento 3 Circuito equivalente simplificado do amplificador de tensão 4 2 Amp Op com os terminais de alimentação 5 Circuito do amp op 741 6 Fonte: Sedra/Smith Fig. 10.1 3 Características ideais de um amp. op. de tensão: • • • • • • • • • Ganho diferencial infinito Impedância de entrada infinita Impedância de saída muito baixa Velocidade infinita Excursão do sinal de saída de V+ até VOffset nulo Função de transferência linear Módulo e fase inalterados pela frequência Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR) infinita 7 Função de transferência e Regiões de operação B 8 4 Função de transferência com offset B 9 Resposta em frequência Os amplificadores são dispositivos diretamente acoplados (d.a.), o que significa que um amplificador diretamente acoplado é aquele que amplifica sinais cujas frequências são baixas ou mesmo zero. O amplificador ideal amplificará sinais de qualquer frequência com o mesmo ganho. Contudo, o amplificador real possui faixa de passagem em frequência limitada. 10 5 Para que serve um amplificador ideal com ganho infinito V0 V+ Vd V- 11 Realimentação negativa 0 X0 A0 = X S 1 + A0 B Além de possibilitar o controle do ganho, a realimentação beneficia outros aspectos, que serão vistos posteriormente. 12 6 Qual o valor do ganho realimentado? Vout = A0 (Vin −Vout ) Av = Vout A = 0 Vin 1+ A0 Qual o valor de B? X0 A = X S 1 + AB 13 Seguidor de tensão (Buffer) • Ganho unitário • Alta impedância de entrada • Baixa impedância de saída C 14 Sedra Fig. 2.19 7 Curto Circuito Virtual Considerando que o ganho em malha aberta é infinito e que a saída do amplificador não está saturada podemos fazer a consideração do Curto Circuito Virtual, ou seja v+ = v- . Vout = Vin 15 Configurações de amplificadores realimentados • Não inversor • Inversor B 16 8 Análise da configuração não-inversora usando o conceito do curto-circuito virtual Verificamos que: • Av é independente do ganho de malha aberta A • Av é positivo, o que significa que v0 está em fase com relação a vI • A impedância de entrada desta configuração é idealmente infinita a impedãncia de saída é baixa B 17 Negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada! Casos extremos de realimentação considerando A0 infinito Av = Vout = A0 Vin Av = Vout =1 Vin 18 9 Análise da configuração não inversora supondo o ganho A finito OBS: Aqui não podemos aplicar o conceito do curto-circuito virtual! 19 Modelo equivalente da configuração não inversora 20 10 Análise da configuração inversora usando o conceito do terra virtual + 21 Novamente, negociamos o alto ganho de malha aberta por um bem controlado ganho de malha fechada! Análise do efeito do ganho A finito Av = B vO − R2 /R1 = vI 1 + (1 + R2 /R1 )/ A 22 11 Resistência de entrada e de saída para o circuito na configuração inversora (supondo amp op ideal) 23 Exercício: Calcule a resistência de entrada da configuração inversora supondo amp. op. real (com A finito)? RI = R1 + B R2 1+ A 24 Sedra/Smith Fig. 2.5 12 Circuito Somador inversor Rf Rf Rf vO = − v1 + v2 + ⋯ + vn R2 Rn R1 25 Sedra Fig. 2.15 Exemplo de aplicação: Conversor digital analógico MSB Most Significant Bit LSB Least Significant Bit vO = − Rf 16 [2 0 a 0 + 21 a1 + 2 2 a 2 + 2 3 a 3 ] 26 Sedra: Problema P2.21 13 Circuito somador não inversor v v R vo = ( R1 R2 ) 1 + 2 1 + F R1 R2 Ra Foi visto anteriormente que a impedância de entrada de um amplificador não inversor com entrada única é muito alta. No caso acima a situação é outra pois: RI 1 = R1 + R2 RI 2 = R2 + R1 Como ficaria a expressão da impedância de entrada para um circuito somador com n entradas? 27 Fonte: Savant, Roden e Carpenter Combinando entradas inversoras com não inversoras Exercício: Aplicando o teorema da superposição encontre a expressão geral para a tensão vo C 28 Fonte: Savant, Roden e Carpenter 14 Retificador de precisão 29 Amplificador Logarítmico Vout = −VT ln Vin R1 I S 30 15 Amplificador de raiz quadrada V out = − 2V in − VTH W µ n C ox R1 L CH8 Operational Amplifier as A Black Box 31 Sugestão de estudo • Razavi, cap. 8 até seção 8.3.3, exceto 8.2.3 • Sedra/Smith, cap. 2 Problemas seção 2.2 até 2.3 • Sedra/Smith à realimentação cap. 8 seção 8.1 Exercício 8.1, Problemas seção 8.1 B 32 16
