Aula 8A Amplificador Operacional

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Aula 8A Amplificador Operacional
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

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