O Amplificador Operacional

Transcrição

1 UFSM CT DELC O Amplificdor Opercionl Prte I Giovni Brtto 6/26/2007

2 Introdução Neste texto, o mplificdor opercionl será considerdo como um cix pret. Estmos interessdos em compreender o seu funcionmento sem estudr os seus componentes: trnsistores, resistores, cpcitores. O mplificdor opercionl foi um dos componentes básicos dos computdores nlógicos. O nome opercionl devi se o seu uso n implementção de operções mtemátics. Hoje o nome opercionl continu, ms este componente é usdo em um grnde quntidde de plicções. O símbolo do mplificdor opercionl é presentdo n Figur 1. O símbolo é um triângulo, com dois terminis de entrd () e ( ) à esquerd e um síd, desenhd à direit do símbolo. Figur 1 Símbolo do mplificdor opercionl. N Figur 2, são presentds s tensões e correntes de um mplificdor opercionl. Form diciondos o símbolo do mplificdor opercionl dois terminis pr limentção do dispositi. O circuito é limentdo por dus fontes de tensão VCC. Não é necessário, ms gerlmente s fontes de tensão pr limentção do mplificdor opercionl são simétrics. A referênci pr s tensões do circuito será entre s fontes do circuito. As correntes serão considerds positivs se estiverem entrndo no mplificdor opercionl, como representds n figur. O mplificdor opercionl possui um gnho de tensão A. O gnho de tensão é d ordem de ou mis. O mplificdor opercionl possui um resistênci de entrd elevd, d ordem de 1 MΩ ou mis. A resistênci de síd do mplificdor é bix, normlmente d ordem de dezens de ohms. A tensão de síd é dd por: Nest equção, e são s tensões presentes ns entrds () e ( ), respectivmente.

3 0 V ip in io ic vcc vcc ic vcc vcc Figur 2 Tensões e correntes em um mplificdor opercionl. A curv de trnsferênci de tensão pr um mplificdor opercionl é presentd n Figur 3. El possui um região liner, pr diferençs de tensões n entrd menores ou iguis. Qundo tensão de entrd é mior que este vlor, síd stur em um vlor. A tensão é próxim à tensão de limentção. Utiliz se normlmente região liner no funcionmento do mplificdor opercionl. Nest região, diferenç de tensão n entrd do mplificdor opercionl é pequen, pois o gnho deste é elevdo. Pr um mplificdor opercionl limentdo com um fonte dupl de 30 V e com gnho de V/V, máxim diferenç de tensão nos terminis de entrd do mplificdor deverá ser de 30/ μ. Ou sej, pr o mplificdor opercionl trblhr n região liner, tensão. Est é chmd condição de curto circuito virtul. A corrente ns entrds de um mplificdor opercionl é pequen, pois resistênci de entrd é elevd. Isto nos permite escrever que 0. Isto é como se s entrds do mplificdor opercionl estivessem berts. A corrente de síd do mplificdor opercionl é dd por:. Est corrente pode ser elevd, mesmo pr pequens correntes n entrd do mplificdor opercionl. A curv de trnsferênci de tensão pr um mplificdor opercionl é dd por:,,,

4 Vo (V) vcc t Sturção Positiv Região liner t/a t/a A( ) (V) Sturção Negtiv t vcc Figur 3 Curv de trnsferênci de tensão pr um mplificdor opercionl. O Amplificdor Opercionl Idel O mplificdor opercionl idel possui s seguintes crcterístics: O gnho de tensão A em mlh bert é infinito. A resistênci de entrd é infinit A resistênci de síd é zero. Com o gnho de tensão infinito, condição de curto circuito virtul será. Com resistênci de entrd infinit, s correntes de entrd 0. O modelo do mplificdor opercionl idel é presentdo n Figur 4.

5 CurtoCircuito Virtul A() Figur 4 Ilustrção do modelo idel de um mplificdor opercionl. O Amplificdor Inversor R2 i1 R1 i2 Figur 5 Digrm de um mplificdor opercionl n configurção inversor.

6 R1 R2 i1 i2 A() Figur 6 Modelo pr o mplificdor opercionl idel n configurção inversor. N Figur 6, os terminis e têm um curto circuito virtul. Como está ligdo o terr, tmbém deve ter o potencil 0 V. A tensão sobre o resistor será igul. A corrente é encontrd pel lei de ohm: /. A tensão sobre o resistor é igul. A corrente será: /. No nó, existem s correntes e. Os terminis e pesr de estrem no mesmo potencil, pel condição de curto circuito virtul, não estão conectdos. A corrente entre e é zero. Usndo lei de Kirchhoff pr correntes no nó : Substituindo os vlores de i1 e i2: 0 0

7 O Amplificdor Integrdor Cf if is Rs Figur 7 Digrm de um mplificdor opercionl como integrdor. Rs Cf is if A() Figur 8 Circuito equivlente pr um mplificdor opercionl idel n configurção de integrdor. A lei de Kirchhoff no nó é: A corrente é encontrd com lei de Ohm: A corrente é dd por: 0

8 Substituindo s dus equções d corrente n equção encontrd com o uxílio d lei de Kirchhoff: Ou 0 1 Multiplicndo os dois ldos d equção por e integrndo: Ou 1 1 Est últim equção nos diz que tensão n síd do integrdor em um instnte é igul tensão em um instnte mis integrl do sinl de entrd de multiplicd por um constnte que depende dos componentes do integrdor. N Figur 9, é presentdo um exemplo d respost pr o integrdor. 1.0V 0V SEL>> 1.0V 1.0V 0V 1.0V 0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms Time Figur 9 Exemplo d respost do integrdor. Form usdos,, resistênci de entrd de e o gnho do mplificdor opercionl igul.

9 O Amplificdor Diferencidor Rs is Cf if Figur 10 Digrm do mplificdor opercionl n configurção de diferencidor. Rs Cf is if A() Figur 11 Circuito equivlente pr um mplificdor opercionl n configurção de diferencidor. No nó temos: 0 A corrente i_s é dd por: A corrente i_f é encontrd com lei de Ohm:

10 Substituindo ests equções d corrente n lei de Kirchhoff pr o nó do modelo: Ou 0 1.0V 0V SEL>> 1.0V 4.0V 0V 4.0V 0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms Time Figur 12 Exemplo d respost do diferencidor. Form usdos, de entrd de e o gnho do mplificdor opercionl igul.