UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ELETRÔNICA 1 - ET74C Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes

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1 UNIERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ELETRÔNICA 1 ET74C Prof.ª Elisabete Nakonezny Moraes Aula 3 Amplifiaor Operaional Malha Fehaa Curitiba, 09 e junho e 017. CONTEÚDO DA AULA 1. REISÃO. CONCLUSÃO DOS CONCEITOS AULA PASSADA 3. AMPOP COM REALIMENTAÇÃO NEGATIA 4. TOPOLOGIAS EM MALHA FECHADA 5. INERSOR 6. NÃO INERSOR 7. SEGUIDOR DE TENSÃO 8. SOMADOR NÃO INERSOR 9. SOMADOR INERSOR 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 1

2 1Revisão: Símbolo simplifiao Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa Revisão: moelo elétrio o AO real Rout 75ῼ Rin Mῼ A( ) ut CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS IDEAL REAL (741) *Ganho em Malha aberta *Impeânia e entraa (Zin) *Impeânia a saía (Zout) *Largura e faixa e freqüênia (PGL) *Tensão e saía (ut) *Corrente e entraa infinito infinita zero infinito nula nula 000 a Mohms 75 ohms 1M nula, om ajuste e offset nanoa, pioa 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 4

3 1Revisão: 1º estágiopar iferenial I B1 I B 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 5 5.1: tensão e offset (ompensação) Teoriamente a tensão e saía eve ser zero para a onição em que = =0. Na prátia esse valor ifere e zero, evio às orrentes e base a polarização os transistores. Out A ( ) =0 AMP OP IDEAL AMP OP REAL =0 =0 s =0 s TENSÃO DE OFFSET 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 6 3

4 1Revisão: tensão e offset Tensão e Offset Para o AmpOp ieal a tensão e saía é nula quano as entraas e estão em urto iruito. AMP OP REAL s =0 Para minimizar ou eliminar esse nível, alguns AmpOps (741) apresentam terminais externos espeífios para efetuar esse ajuste que são os terminais 1 e Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 7 1Revisão: ganho e tensão A O i A ( B) 0log O i 00 Av ( typ) 00 / m m Exemplo: Supono que o sinal =60 e =4 out A ( ) out 00000(60 4) out 3, 6 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 8 4

5 1Revisão:taxa e inlinação, Slewrate (SR) Aina taxa e subia: taxa máxima possível em que a tensão e saía o amplifiaor poe muar. SR inia a veloiae e resposta o amplifiaor. Quanto maior o SR, melhor o AmpOp. Se o sinal e entraa possui uma taxa e variação maior que o SR o AmpOp, o sinal e saía será eifao ou istorio. 1 SR / s t t t 1 Créito: Theoore F. Boagart Jr. Dispositivos e iruitos eletrônios. l. II. 3ª E 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 9 Exeríio sobre Taxa e inlinação O amplifiaor operaional TL 074 tem uma taxa e inlinação (SR) e 13/μs. Qual a largura e bana para uma tensão e pio e 5? Resposta: BW = 41401,73Hz Para esta análise onsierase o que o sinal vo p sen(wt ) e tensão apliaa seja uma senoie v 5sen( wt ) o a) Equaionamento SR t 1 v( t) t 1 b) Derivaa o seno t max max (5sen( wt ))( t) SR t SR 5wos( wt ) max os=1 máximo quano wt=0 Então: SR 5w(1) ) Substituino as informações na equação SR 5w 5... f 13 / s f SR 10 f , 401kHz Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 10 5

6 Entraa em moo iferenial Componentes e entraa em moo iferenial: sinais uja origem são e fontes istintas apliaas às entraas e. O ganho e moo omum é ao por: A= ganho e tensão iferenial ( ) Tensão iferenial 1 ( ) 1 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 11 Signifiao elétrio o moo iferenial Moo iferenial ( ) ( ) A B A e B são os sinais sob análise e fontes istintas. B A A 1 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 1 6

7 Entraa em moo omum Componentes e entraa em moo omum: sinal uja origem é a mesma fonte. O ganho e moo omum é ao por: ( ) ( ) Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 13 Signifiao elétrio o moo omum ( ) 1 1 Ruío Ruío Ruío Ruío Ruío: sinal proveniente e uma mesma fonte!! 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 14 7

8 Razão e rejeição e moo omum Razão e Rejeição e Moo Comum RRMC (CMRR Common Moe Rejetion Ratio): expressa a apaiae o AmOp em rejeitar os sinais em moo omum. O ganho e moo omum é ao por: O A ( ) Equação Funamental: A RRMC A Quanto maior a RRMC maior é a proximiae om o AmOp ieal. O O ( ) A ) A A A ( One: tensão moo iferenial tensão moo omum A ganho iferenial A ganho moo omum 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 15 Exeríio sobre RRMC 1)Determine a tensão e saía se =150u e =140u. O amplifiaor tem um ganho iferenial e A=4000 e o valor e RRMC é: a) 100 b)10 5 A ( ) iii)cálulo o A RRMC O A ( ) A A a)para RRMC=100 b)para RRMC=10 5 O A A i)tensão iferenial a entraa () A A ( ) 150u 140u iv)tensão e saía () ( 10u A ( ) A ii)tensão moo omum () ( ) 150u 140u 145u A 40 O O 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 16 A A ) 4000 A 0, a)para RRMC=100 O ( 4000)(10u) (40)(145u) 45, 8m b)para RRMC=10 5 O ( 4000)(10u) (0,04)(145u) 40, 006m 8

9 Exeríio sobre moo iferenial & omum )Supono o AmOp o exeríio 1 omo seno ieal, qual é a tensão e saía? (R:=40m) 3)Determine o ganho iferenial, e moo omum e o valor o RRMC para o AmpOp a seguir, amitino os resultaos e para a entraa iferenial em a e e moo omum em b : a b i)ganho iferenial ii)ganho moo omum iii)rrmc 0 A 8 A 0,5m ( 0,5m) A A 1m A (1m 1m) / A 1 A RRMC A RRMC 8000 /1 RRMC 666,7 iv)rrmc em B RRMC 0log RRMC 0log RRMC 56,48B A A 666,7 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 17 3Moo e operação om realimentação (laço fehao, malha fehaa, om feebak) Realimentação Positiva o retorno o sinal ontribui ou aumenta o efeito a tensão a entraa. Realimentação Negativa o retorno o sinal tem fase que se opõem ao efeito o sinal a entraa. Neste moo e operação, a malha e realimentação limita o ganho através o resistor R também poeno ser enominao omo feebak. Portanto o ganho passa a ser ontrolao, ao ontrário o moo sem realimentação que o ganho tene a infinito! Importante: Os AmpOp s em malha aberta ou om realimentação positiva, não apresentam as proprieaes o urto iruito virtual, isto signifia, que tais iruitos não operam omo amplifiaores lineares. 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 18 9

10 3Realimentação Negativa Proprieae a realimentação negativa Curto iruito virtualcc Caraterístias elétrias para o AmpOp ieal: Zin = Zout = 0 ohm Ganho A = Como Es = = 0, inia que a p entre a e b = 0, inepenentemente os valores e e. Equação Funamental = A.( ) Como A=, substituino: =.( ) ()/ = ( ) 0 = ( )=Es a b Seguno Sera: tuo se passa omo se os ois terminais e entraa (a e b) estivessem ligaos no mesmo potenial. O termo virtual é para enfatizar o fato e que os ois terminais e entraa NÃO estão fisiamente onetaos. 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 19 3Curtoiruito virtual (CC) Paraoxo o Amplifiaor Operaional Devio a tal fato, izse que entre os terminais o AmpOp existe um: urto iruito virtual (CC) O termo virtual é expliao omo uma proprieae intrínsea, porém sem efeito real. urto iruito real 0, I urto iruito virtual 0, I 0 As proprieaes o CC são apliáveis ao moo e operação om realimentação NEGATIA. Terra virtual Caso o terminal não inversor esteja onetao no terra, o potenial o terminal inversor será nulo. Essa situação arateriza o terra virtual 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 0 10

11 4Topologias om realimentação negativa 1INERSOR NÃO INERSOR 3SEGUIDOR DE TENSÃO 4SUBTRATOR OU DIFERENCIAL 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 1 4Topologias om realimentação negativa 5SOMADOR INERSOR 1 R Rn n 6SOMADOR NÃO INERSOR 1 R R Rn n 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 11

12 4Topologias om realimentação negativa C 7INTEGRADOR 8DIFERENCIADOR C 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 3 5Inversor Amplifiaor Inversor: o sinal a ser amplifiao é apliao à entraa inversora e a entraa não inversora é aterraa. Zin Moelo elétrio o AO Zout0 v in v o Es= i i1 i1 i Av( ) 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 4 1

13 5Inversor i1 R i Av( ) 1 i R Análise Noal: i=(1)/r. i1 i 0 0. Mas onforme o CC =0 Ganho Malha Fehaa Inversão na fase o sinal e 180º. 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 5 6Não inversor Amplifiaor Não Inversor: o sinal a ser amplifiao é apliao à entraa não inversora. v in i1 v o Conforme o CC =0 i Av( ) 0 v o i1 i R f 1 Ganho sempre >1 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 6 13

14 7Seguior e tensão Casamento/aoplaor e impeânia: prover um meio elétrio para onetar iruitos elétrios om impeânias iferentes e forma a obter a máxima transferênia e potênia e a minimização e ruíos. Teorema a máxima transferênia e potênia: Zg* = ZL = 0 = =0 e = v v f o 1 o R in in 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 7 8Somaor inversor (ponerao) v 1 v i3 v 3 i i1 R R3 i v o v1 i1 R 1 v i R v3 i3 R Emprega o teorema e superposição para obter a tensão e saía vo: Fontes e tensão urto iruito 3 i i 1 i i R R R R3 v 0 3 mas... =0 (rever a eução a na onfiguração Inversora) n i v o R f i1 Ri 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 8 14

15 8Conversor Digital Analógio Apliação o somaor inversor (ponerao) v 1 v v 3 R R3 Sistema binário: 0 e 1 base Ex.: 101 = 1x 0x 1 1x =5 10 Nível lógio 1 Nível lógio 0 v 1 v v 3 v 4 v o Emprega o teorema e superposição para obter a tensão e saía vo: v o R f Apliação: Conversor Digital Analógio =1k R= k R3= 4k R4=8k n i1 =8k v i Ri BIN v1 v v3 v4 DEC vo () () () () 1 v o 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 9 9Somaor não inversor v 1 v v 3 R R3 R v o v o R f 1 R one : n i1 n i1 v i Ri 1 Ri Exeríio: Deuzir a expressão a tensão e saía o Somaor Não Inversor. Sugestão: Aplique o teorema e Millman, teno omo base a eução a equação a tensão e saía o AmpOp Não Inversor. 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 30 15

16 Exeríios =18,75 5 a 50 =40m 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 31 Exeríios Boylesta, ap 14, ex 15: e 3? 09 Jun 17 AT3 AmpOp malha fehaa 3 16