CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMP OP CIRCUITOS NÃO LINEARES COM

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1 IFBA CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMP OP CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE Vitória da Conquista CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMP OP Amps Op são componentes baratos, versáteis e seguros; Amp. de tensão, fontes de corrente e filtros ativos; Mas também em circuitos de diodos ativo, comparadores e geradores de sinal; Circuitos não-lineares; Forma do sinal de saída diferente do de entrada; Circuito mais complicados dos que os lineares; Pode saturar; Ou ter a malha de realimentação aberta durante parte do seu ciclo de operação. 1

2 CIRCUITOS COM DIODO ATIVO Retificador de Meia-Onda O alto ganho de tensão reduz o efeito da tensão de joelho; v in = 0,7 = 7 µv Funciona como seguidor de tensão; É indicado para pequenos sinais, na faixa de microvolt; Ação como buffer; Pode eliminar os efeitos da fonte e da carga. CIRCUITOS COM DIODO ATIVO Detector de Pico Ativo Constante de tempo é baixa R L C; Em relação ao período do sinal de entrada. No caso de uma Carga Baixa Pode-se utilizar um amp op como buffer; No mínimo R L C > 10T; onde T = período da frequência mais baixa de entrada No caso de R L C ser alta Pode-se descarregar rapidamente o capacitor; Preparando o circuito para um outro sinal. 2

3 CIRCUITOS COM DIODO ATIVO Limitador Positivo Ativo Esse circuito ceifa uma parte do sinal. Limitador Positivo e Negativo Ativo Abaixo da tensão Zener o circuito tem um ganho de malha fechada de R 2 /R 1 ; Acima da tensão Zener mais 0,7 V, a saída é ceifada; Tensão de saída igual a tensão em cima de R 2. CIRCUITOS COM DIODO ATIVO Grampeador Positivo Ativo 3

4 COMPARADORES Comparador com duas entradas Não-inversora e inversora. Comparador com uma entrada aterrada Para 741C 135 µv é suficiente para saturar positivamente o amp op; Ou -135 µv para saturar negativamente o amp op; COMPARADORES Mudando o Ponto de Referência Capacitor de desvio reduz a quantidade de ondulação e ruído da fonte; Para ter efeito f c < f ond ; Saturação positiva e saturação negativa; Detector de limite; Podemos estabelecer esse limite. 4

5 COMPARADORES Mudando o Ponto de Referência Capacitor de desvio reduz a quantidade de ondulação e ruído da fonte; Para ter efeito f c < f ond ; Saturação positiva e saturação negativa; Detector de limite; Podemos estabelecer esse limite. COMPARADORES Comparador com Alimentação Simples V in < v ref a saída é baixa; V in > v ref a saída é alta; Nos dois casos a saída é positiva. 5

6 COMPARADORES Comparadores na Forma de CI Um amp op como um 741C pode ser utilizado como um comparador; Porém existem limitações de velocidade; Sua taxa de variação (SR) é de 0,5 V/µs; Gasta mais do que 50 µs para comutar de 13,5 V para +13,5 V. Solução usar um LM318 Com uma taxa de variação (SR) é de 70 V/µs; Gasta aproximadamente 0,3 µs para comutar de 13,5 V para +13,5 V. COMPARADORES Outra solução eliminar o capacitor de compensação do amp op Esse capacitor tem a finalidade de evitar oscilações; Porém ele reduz o ganho; Como o amp op é utilizado como um circuito não-linear ele pode ser eliminado. Em um CI otimizado O tempo de comutação depende, agora, das capacitâncias parasitas; Uma maneira de reduzir esse tempo é reduzindo R (de elevação); Pois diminui a constante de tempo de saída; 6

7 COMPARADORES Exemplos de comparadores: LM311, LM339 e NE529 SCHMITT TRIGGER Um ruído pode mudar a saída de um comparador. Os motores elétricos, letreiros luminosos de neon, rede elétricas, ignições de automóveis, raios e outros; Produzem campos eletromagnéticos que podem induzir um ruído em um circuito eletrônico. A solução: É um Schmitt Trigger; Histerese (grego) = atraso 7

8 SCHMITT TRIGGER v ref = + BV sat = V DS ; v ref = - BV sat = V DI ; B = R 2 R 1 + R 2 Mudança de estado da saída A tensão de entrada tem que ser maior do que a de referência; E o sinal tem que ser oposto. SCHMITT TRIGGER Circuito Não-Inversor UTP = i in R 2 ; i in = V sat ; R 1 UTP = R 2 V sat ; R 1 8

9 INTEGRADORES Aplicação mais comum Gerar uma rampa; Quando a entrada é uma onda quadrada (sinal usual). Circuito Básico Devido ao terra virtual a corrente é: I in = V in R E ainda, a tensão de saída é igual a tensão em cima do capacitor; INTEGRADORES Rampa Como uma corrente constante circula no capacitor, a carga Q aumenta linearmente em relação ao tempo, logo a tensão aumenta linearmente. O que equivale a uma saída na forma de uma rampa; C = _Q_ V = _Q_ V C Em razão do capacitor reter a carga a tensão de saída é negativa; A tensão sobre o capacitor no final do pulso; V = _Q/T_ V= _I_ V = _IT_ T C T C C Para o Integrador funcionar adequadamente RC > 10T; Circuito equivalente com a capacitância de Miller. 9

10 INTEGRADORES Eliminação da Compensação (Offset) de Saída O capacitor se carrega e não descarrega mais, com a tensão de compensação e o amp op entra na saturação; Para ele descarregar e voltar a se carregar se utiliza o circuito abaixo. Uma outra forma é utilizar um JFET CONVERSORES DE FORMA DE ONDA Schmitt trigger Senoidal em Retangular Funciona para sinal de entrada que tem ciclos repetidos; Sinal suficientemente grande para passar pelos dois pontos de comutação; O sinal não precisa ser senoidal. 10

11 CONVERSORES DE FORMA DE ONDA Integrador Retangular em Triangular Onda de saída com a mesma frequência que a onda de entrada; Tensão de saida: v out = _v in _ 4fRC CONVERSORES DE FORMA DE ONDA Comparador detector de limite Triangular em Pulso Podemos mudar a largura do pulso de saída; Tensão de referência é ajustável (0 a +V); 11

12 GERADORES DE FORMA DE ONDA Oscilador de Relaxação Não há sinal de entrada; O capacitor se carrega exponencialmente; Nunca atinge +V sat porque a sua tensão atinge o UTP; Após isso ele muda de direção e atinge LTP; Período da onda retangular: T = 2RC ln 1 + B; 1 B Frequêcia depende da carga e descarga do capacitor. GERADORES DE FORMA DE ONDA Gerando Ondas Triangulares É a associação de um oscilador de relaxação e um integrador; A onda triangular tem a mesmo período que a retangular; 12

13 CONVERSORES A/D Utilizado em voltímetros; Tensão a ser medida é aplicada à entrada não-inversora; Tensão em escada alimenta a entrada inversora; À medida que a tensão inversora aumenta, a tensão de erro torna-se menos positiva; Em algum ponto ocorre uma transição, e a saída do comparador muda; Quanto maior a tensão v in, maior o tempo de ultrapassagem; Portanto, o tempo é proporcional a tensão. COMPARADOR DE JANELA Um comparador desse detecta quando a tensão de entrada situa-se entre dois limites; Exemplo de funcionamento com Amp Op Exemplo de funcionamento com Amp Op Quando v in = 0, diodo superior esta em condução e o inferior em corte; A entrada não-inversora é + 0,7 V; Entrada inversora está em + 3V; Tensão de erro é negativa e a saída do comparador é baixa; 13

14 COMPARADOR DE JANELA Exemplo de funcionamento com Amp Op À medida que v in aumenta, a tensão de entrada não-inversora aumenta; Até + 2,3 V, quando passa a ser 3 V; Acima disso a saída do comparador se torna alta; Quando v in aumenta ainda mais, até chegar a + 4,7 V; Acima disso a tensão da entrada inversora fica maior do que a entrada nãoinversora, e a saída fica negativa, levando a saída para o estado baixo. COMPARADOR DE JANELA Utilizando o LM339 Limites de + 3 a + 4 V; Um comparador terá o transistor de saída saturado, e o outro em corte; Transistor saturado leva a tensão de saída para o nível baixo; 14

15 MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER As capacitâncias parasitas diminuem a velocidade de comutação, pois a tensão não pode mudar até que essas capacitâncias sejam carregadas; Capacitor de Elevação de Velocidade Quando a tensão de saída começa a variar, esta variação é realimenta à entrada não-inversora e é amplificada, forçando a saída a variar mais rápido; Para aumentar a velocidade é conectado C 1 ; A capacitância parasita tem que ser carregada antes da variação na entrada; MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER Capacitor de Elevação de Velocidade Para neutralizar a capacitância parasita: X C2 = R 2 X C1 R 1 C 1 = R 2 C 2 R 1 R 1 C 1 R 2 C 2 15

16 MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER Deslocando os Pontos de Comutação O divisor de tensão define o centro do laço de histerese; MAIS SOBRE O SCHMITT TRIGGER Deslocando os Pontos de Comutação Schmitt trigger não-inversor; 16

17 DIFERENCIADOR Produz uma tensão de saída proporcional à inclinação da tensão de entrada; Aplicações: Detecção das bordas anterior e posterior de um pulso retangular; Ou a produção de uma saída retangular a partir de uma rampa. Diferenciador RC RC < 10T DIFERENCIADOR Diferenciador Amp Op i = Cdv; dt i = C v; t Para evitar as oscilações coloca-se um resistor na entrada de 0,01R a 0,1R; Em caso de haver uma fonte pode ser que a resistência dessa fonte substitua esse resistor. 17

18 UM OUTRO GERADOR TRIANGULAR Amplificador ca Um Schmitt trigger não-inversor com um integrador; 18