Teórico-prática n.º 7 Amplificador operacional e aplicações 29 e 30 de Novembro de 2018

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Teórico-prática n.º 7 Amplificador operacional e aplicações 29 e 30 de Novembro de 2018"

João Victor Silva Moreira
5 Há anos
Visualizações:

1 Circuitos Elétricos e Sistemas Digitais & Circuitos e Eletrónica Mestrados Integrados em Engª. Biomédica e Engª. Física e Licenciatura em Física Teórico-prática n.º 7 Amplificador operacional e aplicações 29 e 30 de Novembro de 2018 (Ver também os exercícios/exemplos nos slides das aulas teóricas e Notas de Introdução à Electrónica) 1. Considerando que o ganho e a resistência interna do amplificador operacional são muito elevados, determine a tensão de saída nos circuito abaixo. Justifique todas as aproximações que realizar. V 0= - 10V 1 V 0=+6V 2-9V 1 V 0= +10V 3-5V 1-5V 2 V 0= 6V 1 + 4V 2-9V 3. Resolução tipo (terceiro circuito): devem passar sempre o esquema dos circuitos para a folha de teste/exame. Devem justificar todas as aproximações que realizar. A menos que se diga algo em contrário, nos exercícios com AmpOps considera-se que o ganho e a resistência interna do amplificador em malha aberta são muito elevados (na prática infinitos). Resolução do exercício correspondente ao quarto esquema da figura acima. A resolução fica simplificada se se aplicar o princípio da sobreposição. Tendo em conta que a resistência de entrada e o ganho em malha aberta são muito elevados e admitindo o funcionamento do amp-op no regime linear, verifica-se que v + v - e i += i - 0 (ver primeiro circuito da figura). Começando por considerar primeiro o efeito da tensão v 3 (curto-circuitando as outras duas fontes) - desenhar o circuito na folha de respostas: obtém-se a montagem amplificadora inversora: tem-se v +=0 V v + 0 V (terra virtual). Assim: i 1k=v 3/1k e v 03=v - 9ki 1k=-9v 3, v 03=-9v 3. Efeito da tensão v 1 (curto-circuitando as outras duas fontes - desenhar o circuito na folha de respostas): Estes problemas correspondem a versões e/ou adaptações dos exercícios dos anos anteriores. JF FCUL 1 de 6

2 tendo em conta as propriedades do amp-op referidas atrás, a tensão na entrada não-inversora é dada por: v +=v 1 3k/(2k+3k)=3/5 v 1 (divisor de tensão). Como v +=v - e v -=v 01 1k/(1k+9k) [divisor de tensão], obtém-se v 01=(1k+9k)/1k 3/5 v 1=6v 1 (ver amplificador não-inversor). Efeito da tensão v 2 (curto-circuitando as outras duas fontes - desenhar o circuito na folha de respostas): tendo em conta as propriedades do amp-op referidas atrás, a tensão na entrada não-inversora é dada por: v +=v 2 2k/(2k+3k)=2/5 v 2 (divisor de tensão), como v +=v - e v -=v 02 1k/(1k+9k) [divisor de tensão], obtém-se v 02=(1k+9k)/1k 2/5 v 2=4v 2 (ver amplificador não-inversor). Da soma de todos os efeitos resulta v 0= 6v 1+4v 2-9v 3. Sempre que no processo de resolução o circuito seja significativamente simplificado/alterado o novo circuito deve ser desenhado na folha de respostas do exame. 2. O circuito da figura é designado por circuito somador não-inversor. Considerando o operacional como ideal, exprima a tensão na saída V 0 em função das tensões das fontes V 1 e V 2. Determine a expressão das correntes debitadas por cada uma das fontes V 1 e V 2 e indique a impedância de saída do circuito. Resp: V 0=1,5 V 1 + 0,47 V 2; i 1=(V 1 - V 2)/(R 1 + R 2); i 2=(V 2 V 1)/(R 1 + R 2); R of=0 Ω. 3. Considerando que o ganho e a resistência interna do amplificador são muito elevados, determine a amplitude da tensão de entrada V in, da tensão aos terminais da resistência de carga V 0, e das correntes indicadas, assumindo que V g=100 mv. Repita o exercício considerando que a resistência do gerador R g é zero. Justifique todas as aproximações que realizar. 2 de 6

3 4. Determine a tensão de saída para os circuitos abaixo. Indique as vantagens do segundo circuito em relação ao primeiro. Justifique todas as aproximações que realizar. 5. O circuito da figura é um amplificador de tensão inversor baseado num amplificador de transimpedância. Considerando o operacional como ideal calcule, justificando o procedimento, o ganho do amplificador e as respetivas impedâncias de entrada e de saída. R: A uf = -50 Ω; R if = 4,7 kω; R of = 0 Ω. 6. Determine a tensão de saída para o circuito abaixo. Justifique todas as aproximações que realizar. 7. Determine a tensão de saída para o circuito que se segue. Justifique todas as aproximações que realizar. R: V 0= -V 00= -10V 3 + 5V 1 + 5V 2. 3 de 6

4 8. No circuito da figura seguinte o sinal sinusoidal do gerador tem valor eficaz 100 mv e frequência 10 khz. a) Calcule a tensão V out. b) Esboce, com algum rigor, as tensões de saída e de entrada em função do tempo. Justifique todas as aproximações que realizar. 9. No circuito da figura abaixo o sinal sinusoidal do gerador tem amplitude 100 mv e frequência 10 khz. a) Calcule a tensão V out. b) Determine as correntes I 1, I 2, I 3, e I 4. c) Qual será a tensão diferencial se o ganho em malha aberta do amp-op for A= ? 10. Considerando o operacional ideal, obtenha a função de transferência, V out/v in, do filtro ativo da figura. Explique qual é a função do amplificador operacional de saída. Desenhe os diagramas de Bode da amplitude e fase do circuito. Redimensione os componentes que considerar necessários para que o ganho seja 25 db na região transparente. (complementarmente implemente o circuito no PSPICE e verifique o seu funcionamento) 11. No amplificador de transcondutância da figura seguinte os terminais de saída são os pontos marcados A e B. Calcule o ganho de transcondutância, A cf, e as impedâncias de entrada e de saída da montagem amplificadora. Considere o modelo do amplificar operacional ideal. 4 de 6

5 12. Na montagem amplificador de corrente da figura abaixo os terminais de saída são os pontos marcados A e B. Calcule o ganho e as impedâncias de entrada e de saída do amplificador. Considere o AmpOp ideal. 13. Uma montagem amplificadora pode conter anéis de retroação local e de retroação global. Um exemplo está indicado na figura seguinte. Identifique os anéis de retroação local e global. Calcule o ganho e as impedâncias de entrada e de saída do amplificador com retroação. Considere o modelo do AmpOp ideal. 14. Discuta o funcionamento do retificador de precisão da figura abaixo, indicando o papel dos díodos e dos amplificadores operacionais. Represente num gráfico os sinais de entrada e de saída quando o sinal de entrada é triangular centrado em 0 V, com 4 V de amplitude e frequência 1 khz. Considere o modelo do díodo ideal. No gráfico pedido 5 de 6

6 devem indicar as variáveis representadas nas coordenadas e as unidades em que as mesmas são expressas. 15. Determine a largura da janela de histerese do comparador (não-inversor) da figura seguinte, admitindo que as tensões de saturação do operacional são +14 V e 14 V. Trace gráfico do que espera observar se tensão de entrada for um sinal sinusoidal centrado em 0 V e com 4 V de amplitude. 16. O operacional utilizado no oscilador representado na figura que se segue satura a ± 14V. Considere que num dado instante a tensão no ponto comum de R 3 e de C é 0 V, e que o operacional está saturado positivamente. Descreva o funcionamento do circuito a partir desse instante (considere o díodo ideal). Determine largura da janela de histerese do oscilador. Faça uma estimativa do período de oscilação (assuma que a intensidade da corrente que flui em R 3 e/ou R 4 é constante em cada um dos estados saturados do AmpOp. 6 de 6

Documentos relacionados

Teórico-prática n.º 7 Amplificador operacional e aplicações 29 e 30 de Novembro de 2018

Circuitos Elétricos e Sistemas Digitais & Circuitos e Eletrónica Mestrados Integrados em Engª. Biomédica e Engª. Física e Licenciatura em Física Teórico-prática n.º 7 Amplificador operacional e aplicações