Eletrônica Aplicada Prof. Marcílio Nunes INTRODUÇÃO AOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 1º TRIMESTRE

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1 .. ntrodução Eletrônica Aplicada Prof. Marcílio Nunes NTDUÇÃ AS AMPLCADES PEACNAS º TMESTE Amplificador peracional é um dos componentes mais utilizados em circuitos eletrônicos, pois combina algumas características interessantes: Manuseio simples, Baixo custo, pois é produzido em grande escala, Extremamente confiável, Projetado para um grande número de aplicações diferentes, Apresenta-se como um Amplificador deal nas aplicações em geral. Podemos definir o Amplificador peracional (chamaremos Ampp daqui por diante) como sendo um amplificador de tensão CC, multiestágios, com entrada diferencial, cujas características se aproximam de um amplificador idealizado (sem erros). emos no diagrama de blocos abaixo seus principais estágios, que são: Estágio diferencial de entrada, Estágio de ganho e condicionamento do sinal, Estágio amplificador de saída a transistor. Historicamente, os Ampps foram desenvolvidos na década de 40 e foram construídos com válvulas. Com o advento do transistor, foi possível a construção de Ampps melhores. Em 963 surgiu o primeiro Ampp lançado pela airchild (USA), o µa702, mas este amplificador apresentava alguns problemas e, em 965, foi lançado o µa709. conhecido µa74 foi lançado em 968 pela mesma empresa, ocupando até hoje posição de destaque. A tecnologia utilizada na fabricação do 74 é denominada Bipolar, pois sua estrutura interna utiliza transistores bipolares. Atualmente há outros tipos de Ampps que utilizam tecnologia BET, JET, etc. - -

2 .2. Amplificador Diferencial Como vimos anteriormente, o amplificador diferencial é usado como estágio de entrada do Ampp, determinando as características de entrada. Dado a configuração diferencial abaixo: nde:, 2 Entradas de sinais CC e CA diferença de potencial entre os coletores (CA ou CC) No caso ideal, os transistores possuem r E e β iguais e os resistores de coletor C são idênticos. Quando > 2 A saída será em fase com Quando 2 > A saída será em fase com 2 Este Tipo de amplificador amplifica as diferenças de tensão de entrada e 2. Assim, = A. ( - 2 ) Convencionou-se chamar de: Entrada não-inversora (+) 2 Entrada inversora (-) A Ganho de tensão A figura abaixo é um diagrama simplificado de um amplificador operacional LM74, o mais popular, e um dos mais antigos: - 2 -

3 .3. Amplificador peracional É um amplificador de tensão integrado em uma única pastilha - chip - com a entrada conectada de forma diferencial e que possibilita controlar o ganho de tensão. PNAGEM TÍPCA: : Destinado ao ajuste de ff-set de tensão 2 : Entrada nversora (-) 3 : Entrada não-inversora (+) 4 : Alimentação negativa (-3 até -8) 5 : Destinado ao ajuste de ff-set de tensão 6 : Saída 7 : Alimentação positiva (+3 até +8) 8 : Não conectado (NC) Características do Amplificador peracional deal mpedância de entrada infinita; mpedância de saída igual a zero; Ganho de tensão infinito; Linear ( proporcional a N ); Tempo de resposta nulo (Slew-rate); Um Amp. p. pode ser entendido como um circuito amplificador de alto ganho, onde a entrada é representada por uma resistência de alto valor e a saída por uma fonte de tensão controlada e uma resistência em série

4 2.. Modos de peração do Amplificador peracional 2... Sem realimentação Este modo é denominado operação em malha aberta, cujo ganho diferencial não temos acesso e nem podemos controlá-lo, porém é usado como circuito comparador de duas tensões. = A. ( - 2 ) nde: = Tensão de Saída = Tensão na Entrada Não-nversora 2 = Tensão na Entrada nversora A = Ganho em malha aberta (sem realimentação) Quando: > 2 o = + cc Quando: < 2 o = - cc Com realimentação positiva ealimentar significa que uma fração da tensão de saída é re-injetada numa das entradas. Se esta entrada for a entrada +, então temos a realimentação positiva. Esse tipo de realimentação é instável e por isso usado em osciladores ealimentação Negativa: Este tipo é o mais importante meio de realimentação, pois estabiliza o sinal e tende a aproximar as características do amplificador real com o ideal (Z N, Z 0, A constante). Existem muitas aplicações dentro da eletrônica usando este tipo de realimentação. grande mérito da realimentação negativa é que podemos controlar (variar) o ganho de tensão, e estabilizá-lo num valor desejado

5 2.2. Análise da ealimentação Negativa = sinal de entrada D = diferença - ou sinal de erro = fração de realimentada = tensão de saída A = Ganho de tensão do AP em malha aberta B = fator de redução de amos calcular o valor de o: Substituindo d e f na primeira equação temos: esolvendo a equação temos: Como Av*B é >> (muito maior que, pois Av tende a infinito) temos: Então: Ganho finito (cqd) Com a realimentação negativa, o ganho do Ampp (o/i) é finito, fixo. Este ganho é chamado também de ganho de malha fechada (Avf). Portanto, podemos controlar o ganho de tensão através do circuito de realimentação tornando-o independente do Ganho do AP em malha aberta

6 2.3. Conceito de Curto-Circuito irtual e Terra irtual Devido a resistência de entrada do AP ser infinita, então a corrente de entrada é praticamente nula nos terminais inversor e não-inversor. A corrente de polarização na base do estágio diferencial de entrada é tipicamente muito baixa (80 na) e ENT próxima de 2 MΩ. Graças a realimentação negativa, há uma tendência a se igualarem as tensões A e B quando A e fazer com que a D = 0 independente dos valores de e 2. Curto-circuito virtual: como D = 0 e B = 0 (idealmente), então temos o conceito de curto-circuito por ser a tensão diferencial igual a zero. Porém como B também é igual a zero (o que nos induziria a pensar num circuito aberto), este "curto circuito" é chamado de virtual. Quando a entrada não-inversora (+) é aterrada, e como B = 0 (idealmente), podemos afirmar que o terminal de terra aparece no terminal negativo (-). A este caso especial denominamos terra virtual

7 3. CCUTS LNEAES BÁSCS CM AP 3.. Amplificador inversor = Tensão de Entrada = Tensão de Saída Assim chamado porque inverte o sinal de entrada em 80 e permite amplificar o sinal de acordo com o ganho preestabelecido. Analisaremos todos os circuitos com AP, usando a técnica de resolução de circuitos conhecida como LCK - Lei das Correntes de Kirchoff, aplicadas ao nó a (na entrada inversora do AP). No nó a, temos que = + B. A = e A = Como B 0, isto é, a corrente de entrada do AP é praticamente nula, podemos afirmar que: A = A = Como A = 0 devido ao curto-circuito virtual, temos que: = Tensão de Saída do Amplificador nversor Ganho em Malha echada (Avf) do circuito pode ser calculado pela relação: Ganho= Saída Entrada Avf = Avf = Ganho em Malha echada do Amplificador nversor - 7 -