Amplificadores Operacionais: Circuitos típicos e aplicações

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1 Amplificadores Operacionais: Circuitos típicos e aplicações Prof. Alberto de Lima alberto.lima@cefet-rj.br Educação Profissional de Nível Médio Curso: Eletrônica 1

2 Características gerais As aplicações dos AmpOps em eletrônica são bem diversas, passando por sub-áreas tais como: Áudio; Instrumentação; Processamento de sinais. Os circuitos podem ser lineares ou não lineares e, de uma forma geral, fazem uso da realimentação, aproveitando as características quase ideais dos AmpOps. 2

3 Amplificador não-inversor Calcule, com orientação do professor, o ganho do amplificador. 3

4 Amplificador inversor Calcule, com orientação do professor, o ganho do amplificador. 4

5 Buffer Calcule, com orientação do professor, o ganho do amplificador. 5

6 Buffer Utilizado como isolador (casador de impedâncias), entre estágios de circuito com alta impedância de saída e baixa impedância de entrada. 6

7 Atividade Mapear aplicações nas quais os circuitos amplificadores com AmpOps aqui apresentados (inversor, não-inversor e buffer) sejam utilizados. 7

8 Circuitos misturadores de áudio: somador e subtrator Somador: 8

9 Circuitos misturadores de áudio: somador e subtrator Subtrator: 9

10 Filtros Ativos Filtros eletrônicos, sejam ativos ou passivos, são muito utilizados em circuitos de comunicação e instrumentação; Filtros passivos são formados a partir da associação de elementos passivos como indutores, capacitores e resistores; Filtros ativos envolvem elementos ativos, como transistores e AmpOps, e resistores, capacitores e indutores. Os filtros passivos LC (que envolvem indutores e capacitores) representam a tecnologia mais antiga para a execução de filtros; Os filtros LC funcionam bem em altas frequências, mas em baixas frequências, os indutores utilizados são volumosos e não ideias, além de não poderem ser produzidos de maneira monolítica, isto é, como CIs); Como solução a estes inconvenientes dos filtros passivos LC, estudaremos os chamados Filtros Ativos RC, especificamente, o Filtro de Butterworth. 10

11 Filtros Ativos Exemplo de Filtro passivo LC. Ex.: Filtro ativo RC 11

12 Filtros Ativos Ex.: Filtro ativo passa-baixas RC de primeira ordem (um elemento reativo) Obter o ganho do amplificador em função da frequência. 12

13 Filtros Ativos Ex.: Filtro ativo passa-baixas RC de segundo ordem (2 elementos reativos) Neste filtro, quando o ganho na região passante (baixas frequências) é igual a 1,586, obtém-se a resposta mais plana possível. Nessas condições, o filtro recebe o nome de Filtro Butterworth; Há outras implementações do filtro Butterworth (passa-altas, passa-faixas, ordens superiores, etc.), que não abordaremos aqui. 13

14 Filtros ativos Comparação entre as respostas de frequência de diversos projeto típicos de filtros ativos 14

15 Circuitos Não-lineares com AmpOps Descrevendo de maneira mais superficial, são circuitos nos quais a forma de onda da saída é diferente da forma de onda de entrada; Alguns exemplos: circuitos limitadores, retificadores de precisão, Disparador Schmitt (Schmitt Trigger), integrador e diferenciador 15

16 Retificador de meia-onda ativo No ciclo positivo, a tensão de saída do AmOp é positiva e o diodo conduz. Por conta da realimentação negativa e do terra virtual, a tensão na carga é igual à entrada; No ciclo negativo, o diodo não conduz, abrindo o circuito e, consequentemente, a realimentação. Neste caso, a corrente na carga é zero e, consequentemente, a tensão na carga também. 16

17 Retificador de meia-onda ativo O alto ganho do AmpOp, em malha aberta, reduz drasticamente o efeito da tensão de joelho, fazendo com que o diodo conduza a partir de uma tensão de entrada bem abaixo de 0,7 V. Veja abaixo, um exemplo para um ganho de malha aberta igual a Isto demonstra uma grande utilidade do retificador ativo, principalmente na retificação de sinais com valor de pico abaixo de 0,7 V. 17

18 Comparadores 18

19 Comparadores 19

20 Disparador Schmitt (Schmitt Trigger) 20

21 Integrador Obter fórmula da integral; Fazer análise do circuito e obter a tensão de saída final 21

22 Integrador Obter fórmula da integral; Fazer análise do circuito e obter a tensão de saída final 22

23 Diferenciador Obter fórmula da diferencial; Fazer análise do circuito e obter a tensão de saída final 23

24 Referências MALVINO, A.P. Eletrônica, v. 2. São Paulo: Makron Books do Brasil, Alessio Damato (Own work) [GFDL ( CC-BY-SA-3.0 ( or CC BY-SA ( via Wikimedia Commons. Disponível em: < SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C.. Microeletrônica. 4.ed. SÃO PAULO: Makron-Books,