VI1 V O =V O1 V O2 +V CC V CC. Definição. Ganho de tensão. Alimentação simétrica 23/09/2014

Transcrição

1 /09/04 MPLDOS OPOS. MPLDO DL. MPLDO OPOL. 4. UOMTO 5. STÁGOS DO MP-OP 6. UTOS LS 7. UTOS ÃO LS /09/04 MPLDO DL MPLDO DL Definição MPLDO DL ircuito que apresenta, em sua saída, um sinal que representa a diferença amplificada das suas duas entradas. input O O output /09/04 /09/04 4 MPLDO DL input limentação simétrica O amplificador diferencial requer alimentação simétrica. Uma tensão de 0 é o centro da faixa de tensão do amplificador diferencial. O O output /09/04 5 MPLDO DL Ganho de tensão O O = O O O O = O O O = Se = então O =0 : ntrada não inversora () : ntrada inversora () /09/04 6

2 /09/04 MPLDO DL aracterísticas mplificador emissor comum (BJT), com entrada diferencial. MPLDO DL aracterísticas esistência de entrada infinita = esistência de saída nula =0 Ganho de tensão infinito = esposta de freqüência infinita nsensibilidade à temperatura drift =0 Um amplificador para cada entrada esistência de entrada infinita: ão puxa corrente do circuito de entrada. esistência de saída nula: ão possui perdas devido a queda de tensão interna. omo consequência, o ganho de corrente é infinito. /09/04 7 /09/04 8 MPLDO DL mplificador MPLDO DL mplificador Diferencial com mplificadores O O O Q Q Q /09/ /09/ MPLDO DL mplificador Diferencial com mplificadores : onte de corrente : Mantém constante : arga ativa /09/04 B MPLDO DL mplificador Diferencial com mplificadores Suposição : 0 S B B T e B B Q eq : par diferencial Q eq são idênticos /09/04

3 /09/04 MPLDO DL esistência de cauda : orrente de auda MPLDO DL - constante constante - : onstante : onstante : onte de corrente constante /09/04 /09/04 4 MPLDO DL Tensão MPLDO DL nversão Mantendo fixo : B B c O c O O O /09/04 5 /09/04 6 MPLDO DL mplificador diferencial MPLDO DL Tensão de saída O amplificador diferencial é o estágio de entrada de um amplificador operacional por causa de sua impedância de entrada quase infinita. Outra função é a eliminação do ruído devido à sua característica diferencial. deal: Se = então O =0 eal: Se = então O 0 = B B (offset) = (offset) é função da temperatura (drift) O O /09/04 7 /09/04 8

4 4 /09/04 MPL. OPOL MPL. OPOL volução MPLDO OPOL ª geração: 945 mp-ops a válvula ª geração: 955 mp-ops a BJT ª geração: 965 mp-ops monolíticos BJT 4ª geração: 975: mp-ops monolíticos BT /09/04 9 /09/04 0 MPL. OPOL MPL. OPOL Símbolo xemplo: 74 S S airchild 74 ational LM74 Motorola M74 74 Texas S74 Signetics S74 Siemens TB(74) /09/04 /09/04 MPL. OPOL 74 TO-5 /09/04 mp_in_to-5_metal_can_package_close-up.jpg MPL. OPOL Pinagem. juste de Off Set. ntrada inversora. ntrada não-inversora 4. limentação negativa (- a -8) 5. juste de Off Set 6. Saída 7. limentação positiva ( a 8) 8. ão usado /09/04 4

5 5 /09/04 MPL. OPOL Pinagem MPL. OPOL 74 (7) S () (6) () (4) S ncapsulamento Metálico DP ()(5) Potenciômetro 0k /09/04 5 /09/ MPL. OPOL LM74 /09/04 7 /09/ Ítens. Saturação. Ganho de Tensão em Malha berta. Ganho de Tensão em Malha echada 4. Ganho Diferencial 5. Ganho em Modo omum 8. Largura de Banda 6. M 9. Taxa de enovação 7. Tensão de Off-Set 0.Distorção ão-linear.orrente de urto-circuito.orrente de auda.orrente de ompensação 4.orrente de ntrada /09/ mpedância de ntrada Saturação máxima tensão de pico de saída encontrase um pouco abaixo da tensão de alimentação. Se a entrada tentar levar a saída a um nível superior ao máximo, o amp-op satura. Saturação positiva = ST Saturação negativa = ST- Sem off-set: ST = ST- /09/04 0

6 6 /09/04 Saturação Ganho de Tensão em Malha berta Tensão de saturação positiva t Tensão de saturação negativa - O Open Mesh Sem realimentação negativa. tensão de saída é a diferença entre as tensões de entrada () e () multiplicada por O. O é muito elevado e definido pelo fabricante. topologia de malha aberta é pouco usada porque provoca a saturação do amp-op devido ao alto O, a menos que a diferença entre as entradas seja muito baixa. /09/04 O /09/04 Ganho de Tensão em Malha berta Ganho de Tensão em Malha echada O é muito sensível à: Temperatura. ariações aleatórias entre os chips. tensão de saída em malha aberta é mais dependente da temperatura e das variações aleatórias entre os chips do que da tensão de entrada. om realimentação negativa. realimentação diminui o ganho. omo O é muito elevado, o ganho de malha fechada é quase totalmentet t determinado pela realimentação. realimentação negativa é obtida por meio do retorno de parte do sinal de saída na entrada inversora. O /09/04 /09/04 4 Ganho de Tensão em Malha echada 4 Ganho Diferencial omo é quase totalmente determinado pela realimentação o efeito da temperatura e das variações aleatórias entre os chips são desprezíveis. tensão de saída é proporcional à tensão de entrada. D D r' e /09/04 5 /09/04 6

7 7 /09/04 5 Ganho em Modo omum 5 Ganho em Modo omum M Modo omum (ommon Mode) O sinal alimenta as duas entradas igualmente. s interferências e demais sinais indesejáveis estimulam o circuito em modo comum. Quanto menor for, M mais imunidade terá o sinal de saída. dealmente, M =0, as duas entradas são amplificadas igualmente, a diferença entre elas não é amplificada. O mp-op ideal é imune a ruídos. M /09/04 7 M /09/ Taxa de ejeição em Modo omum M ommon-mode ejection atio Os níveis absolutos de tensão entre entrada e saída não devem interferir na tensão de saída, apenas a diferença entre os níveis nas duas entradas. Devido a imperfeições no amplificador diferencial que compõe o estágio de entrada do mp-op, os níveis absolutos de tensão na entrada interferem na saída. Quanto maior o M, melhor é o mp-op 6 Taxa de ejeição em Modo omum elaciona o Ganho Diferencial com o Ganho em Modo omum. O ganho diferencial deve ser alto, o ganho em modo comum deve ser baixo. M D M M em db : M D M M' 0log M r' e r' e /09/04 9 /09/ Taxa de ejeição em Modo omum Para aumentar M, deve-se aumentar. Sugestão: Trocar por uma fonte de corrente de valor T. onte de corrente possui impedância infinita. Obtenção da fonte de corrente: spelho de corrente. /09/ Tensão de Off Set O offset : Tensão entre e tal que =0. offset pode não ser nulo devido a imperfeições no amplificador diferencial que compõe o estágio de entrada do amp-op. Problemas gerados por offset : Devido ao elevado O, a saída em malha aberta sempre está saturada, ainda que as duas entradas estejam em curto-circuito. m malha fechada, se o sinal de entrada for muito baixo, offset pode provocar um grande erro. /09/04 4

8 8 /09/04 8 Largura de Banda 8 Largura de Banda largura de banda finita limita a aplicação do amp-op em altas freqüências por causa do efeito da transformação da realimentação negativa em positiva por meio da mudança de fase. Há defasagem entre e. defasagem pode provocar oscilação. defasagem altera o nível de realimentação. /09/04 4 /09/ Taxa de enovação 9 Taxa de enovação Slew ate (S) Define a rapidez do amp-op. Quanto maior o S, maior a máxima frequência de operação em aplicações digitais. Máximo d /dt [/s]. ausa do S limitado: apacitâncias internas. Modelo S [/s] 74 0,5 L 5 LM 8 70 Desejado Obtido /09/04 45 t /09/ Distorção não-linear 0 Distorção não-linear Uma variação linear na diferença entre as tensões de entrada levam a uma variação não linear na tensão de saída. amplificação diferencial não é linear. Se o sinal for senoidal, a senóide de saída é deformada (distorção). ausa: aracterísticas não lineares dos transistores. realimentação negativa tem, apenas, resistores, que são mais lineares do que os semicondutores. Quanto maior for o nível de realimentação negativa, maior é o efeito resistor e menor o efeito semicondutor. Quanto maior for o nível de realimentação negativa, menor é a distorção. /09/04 47 /09/04 48

9 9 /09/04 orrente de urto-ircuito T Tail urrent orrente de auda corrente de saída não pode superar um determinado valor, sob risco de provocar estragos no amp-op. maioria dos modelos possui proteção contra curto-circuito. 74: 5m O O O O nálise /09/04 49 B % B B T /09/04 T 50 OMP orrente de ompensação 4 orrente de ntrada ompensation urrent etrata o quão simétrico é o amplificador diferencial. É um parâmetro. dealmente, OMP =0. nput D urrent É a média aritmética entre as duas correntes de entrada. OMP B B B B B B B B /09/04 5 /09/ mpedância de ntrada Z r' e /09/04 5 deal O = M =0 Z () = Z () = Z = 0 () =0 () =0 offset =0 M nulo ível de ruído = 0 Largura de banda = /09/04 54

10 0 /09/04 eal eal O não é infinito, mas limitado por S e S. O típico se localiza entre 00k e M. M não é nulo, mas possui um valor baixo. largura de banda não é infinita, é de alguns MHz. O < M >0 Z () < Z () < Z > 0 () >0 () >0 M não nulo Largura de banda < /09/04 55 /09/ UOMTO 4 UOMTO onceito UOMTO 7/70/Long-tailed-pair.gif /09/04 57 /09/ UOMTO 4 UOMTO LM74 LM74 /09/04 59 /09/

11 /09/04 4 UOMTO spelho de orrente P PP 4 UOMTO spelho de orrente na auda T Q =Q B = B ntão: = /09/04 6 B T /09/04 T 6 5 STÁGOS DO MP-OP 5 STÁGOS DO MP-OP Ítens STÁGOS DO MP-OP. mplificador Diferencial. mplificador de Tensão. mplificador de Saída 4. spelhos de orrente /09/04 6 /09/ STÁGOS DO MP-OP mplificador Diferencial 5 STÁGOS DO MP-OP mplificador Diferencial Q 7 mplificação bom baixo ruído lta impedância de entrada Saída diferencial /09/04 65 /09/04 66

12 /09/04 5 STÁGOS DO MP-OP mplificador Diferencial Q 7 Q 4 : stágio de entrada diferencial. Q 57 : spelho de corrente. 5 STÁGOS DO MP-OP mplificador de Tensão ntrada Diferencial spelho de orrente levado ganho de tensão Saída única Pinos e : Offset ull nulador de Offset. Usados para a colocação de resistores externos em paralelo com os dois resistores de kω para o ajuste do balanceio do espelho de corrente Q5/Q6 e, desta forma, controlar a saída do /09/04 67 amp-op quando um sinal nulo é aplicado entre as entradas. /09/ STÁGOS DO MP-OP mplificador de Saída levada capacidade de corrente Baixa impedância de saída Proteção contra curto-circuito 5 STÁGOS DO MP-OP 4 spelhos de orrente Geralmente são espelhos ( PP e P). Produz cópias de uma corrente para outros ramos. ge como fonte de corrente. P PP /09/04 69 /09/ STÁGOS DO MP-OP LM74 6 UTOS LS UTOS LS /09/ /09/04 7

13 /09/04 6 UTOS LS ealimentação egativa plicações. mplificador nversor. mplificador ão nversor. mplificador Somador nversor 4. mplificador Somador ão nverosor 5. mplificador Subtrator nversor 6. mplificador para nstrumentação 7. Seguidor de Tensão 8. mplificador Derivador 9. mplificador ntegrador 0.Gerador de ndutância /09/04.Gerador de esistência egativa 7 6 UTOS LS ealimentação egativa B D D B O Divisor de tensão B: ator de ealimentação egativa O O : Ganho de tensão em malha aberta D : Ganho de tensão em malha fechada /09/ UTOS LS D O O B B O ealimentação egativa quação de Black O B O D O O B Divisor de tensão B O /09/04B 75 O 6 UTOS LS mplificador nversor eed Back ealimentação egativa B /09/ UTOS LS mplificador nversor eed Back B B 0 ealimentação egativa B 0 /09/ UTOS LS mplificador nversor Z B /09/04 78

14 4 /09/04 6 UTOS LS mplificador ão-nversor eed Back 6 UTOS LS ontrole xterno de Off-Set Z Z B B O B O B ealimentação egativa B /09/04 79 nversor qualização // ão nversor /09/ UTOS LS mplificador Somador nversor mplificador inversor com várias entradas 6 UTOS LS mplificador Somador nversor qualização // // // // mpl. nversor : LK : /09/04 8 /09/ UTOS LS mplificador Somador nversor Se Se então : n f então : 6 UTOS LS 4 mplificador Somador ão nversor mplificador não inversor com várias entradas Z /09/04 8 /09/04 84

15 5 /09/04 6 UTOS LS 4 mplificador Somador ão nversor mpl. ão nversor : Se e 0 entãoã LK : /09/04 85 G G G G G G 6 UTOS LS 5 mplificador Subtrator mplificador inversor Minuendo: ntrada do amplificador Subtraendo: ntrada não inversora /09/ UTOS LS Se f g f g 5 mplificador Subtrator e f g então : f f ; Z Se então : /09/04 87 f g 6 UTOS LS 6 mplificador para nstrumentação deal para medições de precisão. Dois amplificadores não inversores ligados a um amplificador subtrator. /09/ UTOS LS 6 mplificador para nstrumentação 6 UTOS LS 7 Seguidor de tensão mplificador não inversor com = =0 Z Z 0 /09/04 89 B /09/04 90

16 6 /09/04 6 UTOS LS mplificador ntegrador Diferenciador Genérico mplificador inversor com impedâncias 6 UTOS LS 8 mplificador Derivador Z Z B B B B /09/04 Z 9 Z /09/ UTOS LS LK : 8 mplificador Derivador d dt 0 d dt d dt 0 6 UTOS LS 9 mplificador ntegrador B B /09/04 9 /09/ UTOS LS 9 mplificador ntegrador LK : d dt 0 d dt dt 0 6 UTOS LS 0 Gerador de ndutância /09/04 95 /09/04 96

17 7 /09/04 6 UTOS LS Gerador de esistência egativa 7 UTOS ÃO-LS UTOS ÃO LS /09/04 97 /09/ UTOS ÃO-LS LS mplificador Logarítmico D 7 UTOS ÃO-LS LS mplificador xponencial D T ln S /09/04 99 D T S e T D S e /09/ UTOS ÃO-LS Operação em Malha berta S S 7 UTOS ÃO-LS LS 4 ealimentação Positiva realimentação é enviada para a entrada não inversora plicação: omparador O ganho de malha aberta O é determinado pelo fabricante e não é controlável. /09/04 0 /09/04 0

18 8 /09/04 7 UTOS ÃO-LS 4 ealimentação Positiva Principal aplicação: omparador de Histerese. Também chamado de disparador Schmitt (trigger). Quando a entrada assume valor superior a um determinado valor de disparo para cima, a saída assume valor alto. Quando a entrada assume valor inferior a um determinado valor de disparo para baixo, a saída assume valor baixo. O valor de disparo para cima é inferior ao de disparo para baixo. 7 UTOS ÃO-LS 4 ealimentação Positiva Quando a entrada está entre os dois valores de disparo, a saída mantém o seu valor. ação de disparo é chamada histerese. O disparador Schmitt possui memória. feito: Promove a estabilidade (imunidade a ruído) em sistemas discretos. /09/04 0 /09/ UTOS ÃO-LS omparador de Histerese Disparador Schmitt 7 UTOS ÃO-LS 4 ealimentação Positiva sta configuração também é empregada como oscilador, por provocar instabilidade. este modo de operação, o MP-OP não trabalha como amplificador. /09/04 05 /09/ UTOS ÃO-LS 5 etificador de Precisão Simulador de Diodo deal 7 UTOS ÃO-LS LS 6 Detector de Pico Load /09/04 07 /09/04 08

19 9 /09/04 7 UTOS ÃO-LS LS 6 Detector de Pico o abrir a chave, cai para 0. o fechar a chave, se mantém na máxima tensão aplicada. O tempo de carga do capacitor deve ser muito inferior à máxima frequência do sinal de entrada. /09/04 09