Eletrônica Analógica

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ FACULDADE DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E TELECOMUNICAÇÕES Eletrônica Analógica Amplificadores Operacionais Professor Dr. Lamartine Vilar de Souza lvsouza@ufpa.br Belém

2 Avisos Iniciais Os conceitos e textos abordados neste capítulo foram retirados integralmente e textualmente da bibliografia contida no plano de ensino desta disciplina. Estes slides não substituem nem suprem uma leitura detalhada e completa dos assuntos que serão estudados e dos relacionados existentes nas bibliografias sugeridas e em outras referências bibliográficas eventualmente encontradas pelos estudantes. Utilize estes slides APENAS como um direcionador para os seus estudos em livros ou materiais da área.

3 O amplificador operacional (A.O., Amp. Op., O.A. ou Op. Amp.) é um dispositivo que pode, basicamente, realizar operações com sinais. Tais operações incluem: Adição; Subtração; Multiplicação; Divisão; Diferenciação; Integração; Logaritmo; Funções de comparação e amplificação.

4 O amplificador operacional é um circuito composto de dispositivos como transistores, diodos e resistores encapsulados em um circuito integrado. Comercialmente, há diversos tipos de circuitos integrados de amplificadores operacionais, com as mais diversas características e funções.

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7 Onde está o amp. op.? Amplificadores Operacionais

8 Principais características físicas: Entradas (inversora e não inversora); Saída; Terminais de alimentação.

9 Quanto a alimentação: Existem amp. op. que só funcionam adequadamente se alimentados por uma tensão simétrica, ou seja, com potenciais positivo e negativo em relação ao terra do circuito.

10 Quanto a alimentação: Outros permitem que o terminal negativo seja o próprio terra.

11 Simbologia: Entrada inversora ( ); Entrada não inversora ( ); Saída ( ); Terminal de alimentação positivo (+ ); Terminal de alimentação negativo ( ).

12 Principais especificações de um amplificador operacional: Impedância de Entrada Z i No amplificador operacional ideal, a impedância de entrada é infinita, o que garante uma sensibilidade máxima, ou seja, qualquer tensão diferencial aplicada às suas entradas, por menor que seja, é amplificada.

13 Principais especificações de um amplificador operacional: Impedância de Entrada Z i No amplificador operacional real, a impedância de entrada é extremamente alta, ou seja, desde algumas dezenas de KΩ até dezenas de MΩ.

14 Principais especificações de um amplificador operacional: Impedância de Saída Z o No amplificador operacional ideal, a impedância de saída é nula, o que garante um máximo rendimento do amplificador em relação ao sinal amplificado, de modo que todo ele seja transferido à carga.

15 Principais especificações de um amplificador operacional: Impedância de Saída Z o No amplificador operacional real, a impedância de saída é muito baixa, desde algumas unidades deωaté algumas centenas deω.

16 Principais especificações de um amplificador operacional: Ganho de Tensão em Malha Aberta A o No amplificador operacional ideal, o ganho de tensão em malha aberta é infinito, garantindo a amplificação máxima de qualquer diferença entre as tensões aplicadas aos terminais de entrada.

17 Principais especificações de um amplificador operacional: Ganho de Tensão em Malha Aberta A o No amplificador operacional real, o ganho de tensão em malha aberta é muito elevado, desde alguns milhares até centenas de milhares de vezes.

18 db O db e seus derivados (dbm, dbi, dbd, e similares) não são uma unidade e sim uma relação. Isto quer dizer que não representam uma grandeza, mas sim uma relação entre grandezas de mesma natureza ou a relação de uma grandeza com uma unidade de referência.

19 db Matematicamente: Quantidade() = 10log _1 _2

20 db Exemplos: Um amplificador que aumenta 1,5 vezes, possui um ganho de 1,76 db. Um amplificador que aumenta 2 vezes, possui um ganho de 3,01 db. Um amplificador que aumenta vezes, possui um ganho de 30 db. Um amplificador que aumenta vezes, possui um ganho de 40 db. Um amplificador que aumenta vezes, possui um ganho de 60 db.

21 db Exercícios: Qual é o significado de um aumento de 3 db? 2 vezes! Qual é o significado de um aumento de 6 db? 4 vezes! Qual é o significado de um aumento de - 3 db? Diminuição pela metade!

22 Principais especificações de um amplificador operacional: Largura de Banda LB No amplificador operacional ideal, a largura de banda é infinita, ou seja, todos os sinais de entrada são amplificados, desde sinais DC até sinais AC de frequência infinita.

23 Sinais DC e Sinais AC Sinal DC (Direct Current): Um sinal DC pode variar entre 0 V e uma tensão máxima, positiva ou negativa. Sinal AC (Alternating Current): Um sinal AC cruza o valor 0 V, alternando entre valores positivos e negativos.

24 Principais especificações de um amplificador operacional: Largura de Banda LB No amplificador operacional real, a largura de banda é relativamente alta, desde sinais DC até sinais AC com centenas de MHz, no entanto o ganho cai com o aumento da frequência.

25 Principais especificações de um amplificador operacional: Tensão de Off Set No amplificador operacional ideal, a tensão de saída é nula para tensões de entrada iguais ou nulas.

26 Principais especificações de um amplificador operacional: Tensão de Off Set No amplificador operacional real, mesmo que as entradas estejam aterradas, há tensão na saída devido as imperfeições nos dispositivos que compõem o amplificador.

27 Aplicações Básicas de um Amplificador Operacional: Amplificador Inversor O amplificador inversor tem a entrada de sinal ligada ao terminal inversor por meio de um resistor R 1 e o terminal não inversor aterrado.

28 Aplicações Básicas de um Amplificador Operacional: Amplificador Inversor R 2 R 1 V i V e V o

29 Uma vez que o amplificador operacional tem uma impedância de entrada muito alta, a corrente que flui por R 1 é desviada diretamente para R 2. Aplicando-se a lei de Ohm no circuito anterior, pode-se escrever: # = # $ = # % & ' = ( & ' $ ' $ ' = ( & % &

30 A tensão V o é resultado da amplificação A o da tensão diferencial de entrada (V e ), ou seja, ( = * ( & & = ( * (

31 Como o amplificador operacional tem um ganho de tensão muito elevado, no limite, pode-se considerar & = ( * ( * ( & 0

32 Então, pode-se escrever Amplificadores Operacionais ' $ ' = ( & % & = ( 0 % 0 = ( % ' $ ' = ( % A relação V o /V i reflete a amplificação do sinal aplicado na entrada do circuito (V i ). Esse ganho é denominado ganho de tensão de malha fechada, representado por A v.

33 * - = ' $ ' O sinal negativo na fórmula anterior representa a inversão de fase que ocorre no sinal de saída em relação ao sinal de entrada.

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