O 1º circuito integrado (µa709) que implementou um amplificador operacional foi criado em 1960 São versáteis: pode-se multiplicar, somar, subtrair,

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1 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

2 Introdução O º circuito integrado (µa79) que implementou um amplificador operacional foi criado em 96 São versáteis: pode-se multiplicar, somar, subtrair, integrar e derivar sinais Suas características se aproximam bastante do modelo ideal

3 Os Terminais do Amp. Op. Os amp. op. necessitam ser alimentados em Corrente Contínua (CC ou, do inglês, DC Direct Current) A maioria dos amp. op. requer duas alimentações DC para operar (forma bipolar)

4 Os Terminais do Amp. Op. Terminais do amp. op. 74: entradas, saída, alimentações, além de compensação em freqüência e ajuste de offset Outros exemplos de chips que implementam amplificadores operacionais: 458 e TL7, que vêm com dois amp. op. TL74, que vem com 4 amp. op.

5 Os amp. op. necessitam ser alimentados em Corrente Contínua (CC ou, do inglês, DC Direct Current) Forma de Alimentação Bipolar dos Amp. Op.

6 Entretanto, os amp. op. também podem ser alimentados de forma unipolar Forma de Alimentação Unipolar dos Amp. Op.

7 Exemplo com Alimentação Unipolar Sinal de entrada é senoidal, de amplitude m e frequência khz Simulação de circuito usando o MicroSim

8 O Amplificador Operacional Ideal Um amp. op. é sensível à diferença entre os sinais aplicados à sua entrada (+ -) O circuito interno do amp. op. aplica um ganho A no sinal, proporcionando uma saída igual a A(+ -) A é denominado ganho em loop aberto ou ganho diferencial

9 O Amplificador Operacional Ideal O amp. op. ideal não drena corrente de entrada, ou seja, a impedância de entrada é idealmente infinita No terminal de saída de um amp. op. ideal, a tensão de saída será sempre igual a A(+ -) independente da corrente que pode ser drenada pela carga a impedância de saída de um amp. op. ideal é zero

10 O Amplificador Operacional Ideal A( ) Note que a saída está em fase (tem o mesmo sinal) com + e fora de fase (sinal oposto) com - Assim, o terminal é chamado terminal de entrada inversor e o terminal + é chamado terminal de entrada não-inversor

11 O Amplificador Operacional Ideal Os amp. op. operam linearmente sobre uma faixa limitada de tensão de saída A saída do amp. op. satura em valores de L+ e L-, que estão entre e abaixo da tensão de alimentação

12 O Amplificador Operacional Ideal Para que não haja distorção: Onde G é o ganho de tensão: L L i + G G G i Exemplo: Se um amp. op. é alimentado em ± e tem ganho, em malha fechada (G), de, qual é a maior amplitude do sinal de entrada para que não haja distorção de sinal na saída?

13 Aplicação do Amp. Op. em Loop Aberto Aplicação importante quando operam em loop aberto: comparador Note que o ganho em loop aberto A é idealmente infinito (na prática maior que ) A( ) ( ) A +

14 O Amp. Op. 74 Internamente

15 Exemplo de Amp. Op. em Loop Aberto Se um sinal de 4 khz de freqüência e 5 de amplitude é aplicado ao circuito abaixo (em i), desenhe a forma de onda de saída, comentando sobre o que acontece com o LED ( necessita de uma corrente maior que 5 ma para emitir luz)

16 Exemplo de Amp. Op. em Loop Aberto A( i 3) i 5 Sen(π 4t) x, 5 x + 5 Se x > 3 Saturação positiva L+ Se x < 3 Saturação negativa L

17 Note que, tal como mencionado anteriormente, o amp. saturará em cerca de abaixo da alimentação positiva ( ) e acima da alimentação negativa ( )

18 O LED piscará a uma freqüência de 4 khz, mas o veremos como se estivesse aceso, pois o olho humano não consegue detectar variações de luz com frequência superior a aproximadamente Hz Apesar do 74 poder ser utilizado como comparador, existem outros chips específicos para tal fim, como o LM3, o LM393 ou ainda o LM339, que possui 4 comparadores no próprio chip

19 Simulação do Exemplo Usando o Microsim, mas também acionando uma sirene de 8 Ω que drena ma

20 Exemplo de Uso de Fotoresistor (LD) - Sensor de Luz -

21 Exemplo de Uso de Fototransistor - Sensor de Fogo -

22 Exemplo de Uso de Sensor de Força

23 Sensor de Força com Driver de Corrente/Tensão

24 Sensor de Força com Driver de Corrente/Tensão

25 Sensor de Força com Driver de Corrente/Tensão

26 Sensor de Força com Driver de Corrente/Tensão

27 Aplicações de Amp. Op. em Loop Fechado - Multiplicador Inversor - A( + ) + A Como A Note que aplica realimentação negativa Como + + Terra irtual

28 Aplicações de Amp. Op. em Loop Fechado - Multiplicador Inversor - i G i Note que existe um deslocamento de fase de ±8 para esta configuração, ou seja, se: i sen ωt sen ω sen( ωt ± 8 )

29 Efeito do Ganho A no Multiplicador Inversor A ( ), mas + + Logo, A A Então, i A A i + i i A. i A i + A G Finalmente, i ( + A + )

30 esistência de Entrada e de Saída do Multiplicador Inversor Do circuito, i i Então, i i i e i Note que se o valor de for alto, implica que o ganho não será muito grande G

31 Multiplicador Não-Inversor i i G + i Note que como G é positivo, não existe diferença de fase entre a saída e a entrada

32 Buffer (Seguidor) de Tensão o G i i Configuração de amp. op. adequada para interfacear fonte de alta impedância de saída com carga de baixa impedância

33 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

34 Integrador Inversor i i Z ; como Z e Z SC () Z SC Note que sjω. Esta expressão indica um filtro passa-baixas, pois: ω Para: ω De () Para v Já para C i C S () v () v C t ( t) vi ( t) t i ( t) v () C v ( t) C v C dt dt

35 Exemplo de Integrador Inversor Se um trem de pulsos quadrados de Hz e é aplicado à entrada de um integrador, com kω e C. µf, qual será a forma de onda do sinal de saída?

36 Exemplo de Integrador Inversor Simulação do circuito usando o MicroSim

37 Integrador Inversor Não-Ideal Como i SC, em aplicações práticas normalmente se insere uma grande resistência S em paralelo com C para não saturar a saída se o sinal de entrada tem freqüência muito baixa ou zero (CC) Z S i i // Z SC C S + C ω S C + SC S C + C S φ f S ( ω ) π C S 8 tg C S ω

38 Integrador Inversor Não-Ideal Entretanto, o integrador será não ideal, pois somente integrará bem sinais com freqüências maiores que f π Para freqüências menores, o circuito funcionará mais como Multiplicador do que como Integrador S S C /sc

39 Exemplo Integrador Inversor Não-Ideal Desenhe o sinal de saída do integrador nãoideal se o sinal de entrada tem frequência de 5 Hz. epita para sinal de Hz. alores utilizados: kω, C.µF e s kω Note que f S 6Hz

40 Exemplo Integrador Inversor Não-Ideal Simulação do circuito usando o MicroSim

41 Integrador Não-Inversor r r + r 3 () 3 i 3 3 Aplicando o método de tensão de nó no nó 3: + + SC () () em () i SC t v ( t) v () + vi ( t) dt C

42 Diferenciador i i Z e Z e Z SC ωc C( S ) i i Z SC dvi ( t) v ( t) C dt É um filtro passa-altas: - para ω ω - para

43 Diferenciador i SC i ωc Note que sinais de alta freqüência farão com que sature a saída do amp. op. Por isto, normalmente se insere uma resistência S de pequeno valor em série com C Entretanto, isto torna o circuito um diferenciador não-ideal, diferenciando bem apenas sinais com freqüências menores que f S π S C

44 Diferenciador Z S e Z SC + log(/s) f S π S C

45 Estudo de Caso: Multiplicador Inversor com Alimentação Unipolar log(/s) Só multiplica sinais com Simulação de circuito, para sinal de entrada, de m / khz, usando o MicroSim f >> π C

46 Filtro Passa-Banda f i Z, onde: Z Z // e SC Z + SC ω e f < f >> ω f >> f esposta Aproximada: álida apenas para de corte do amp. op.

47 Exemplo de Filtro Passa-Banda Projete um circuito que amplifique adequadamente, com ganho de 4 db, sinais do espectro audível. Se o sinal de entrada é uma onda quadrada de m de amplitude e frequência de Hz, khz e 4 khz, desenhe a forma de onda do sinal de saída. Como G4 db, então G / na banda passante. Assim, selecionar, por exemplo, 5 kω e 5 kω.. Podemos então Por outro lado, f Hz e f khz. Assim, como seja, C.6 µf. f π C, então C π.5., ou Por outro lado, C π.5., ou seja, C 6 pf.

48 Exemplo de Filtro Passa-Banda Simulação do circuito usando o MicroSim

49 Exemplo de Filtro Passa-Banda: Áudio Pré-amplificador para microfone, com LM38, que tem freqüência de corte inferior de 3 Hz e ganho em banda média de 5 db Possui controle de grave e agudo ídeo

50 Amplificador de Áudio LM386 O LM386 é muito utilizado para amplificar sinais de microfones Os microfones são dispositivos que transformam energia mecânica (som) em energia elétrica (tensão) O circuito abaixo permite que um sistema: mova-se em direção a um ruído atenda a um determinado som padrão localize a posição de uma fonte sonora em um ambiente seja utilizado em alarme sonoro

51 Amplificador de Áudio LM358 Sensor de Som Diferencial Microfones Som

52 Somador Somador n n n n f i i i i v i v i v i i v ; ; n n f f f v v v v Somador Ponderado Se n f )... ( n v v v v Somador Simples i i i i 3

53 Exemplo de Somador: Misturador de Três Canais (Mixer) com Ajuste de Grave e Agudo

54 Exemplo de Aplicação: Oscilador + Somador (Misturador): Gerador de Tons Acústicos ídeo ídeo

55 Subtrator Subtrator b a ) ( ) (. ) (... b a b a b a b b a ) ( a b. Se a b

56 Subtrator Diversos ramos da Engenharia empregam técnicas de controle por realimentação negativa utilizando o circuito subtrator

57 Subtrator (exemplo de aplicação Controle de velocidade de leitores de CD, DD, HD, toca-fitas, etc., usando tacômetro Pode-se utilizar também encoder e conversor de frequência para tensão

58 Subtrator Subtrator (de Alta esistência de Entrada) (de Alta esistência de Entrada) ( ) b a b a b a b a ( ) a b ; com in ( ) 3 4

59 Exemplo de Subtrator: Amplificador de Eletrocardiograma

60 Exemplo de Subtrator: Amplificador de Eletrocardiograma

61 Amplificador Logarítmico (Extrator de Logaritmo) Para um diodo, onde: v n i I T S e I S é a corrente de saturação ( 5 A) T é a tensão térmica ( 5m ), mas dobra a cada 5 C à temperatura ambiente n ou, dependendo do material e estrutura do diodo i + v - Então, v v i S S. n (ln i ln I ) T nt nt I e I e, pois S v T v n T v >> e i I S Mas, v v e i vi vi. Assim, v nt ln ln I S Note que: log( X ) ln( X ),33

62 Aplicação de Amplificador Logarítmico Projete um circuito que proporcione uma tensão elétrica que varie linearmente em função do iluminamento do ambiente. Considere luz de vela, lux e luz do sol. lux

63 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

64 Computador Analógico.. ( Exemplo: esolva a equação v t) + k. v( t) usando amp. op. Use integradores de Miller com constante de tempo de ms. v.. ( t) k. v ( t) + v( t) k C v( t) v( t) k ( C) k(c)

65 Computador Analógico A solução terá forma de onda senoidal v( t) A. Sen( wt ) v( t). A. w. Cos( wt ) v( t) A. w... Sen( wt ).. v ( t) + k. v( t) A. w Sen( wt ) + k. A. Sen( wt ) k w Assim, se fizermos k. Para C, s k... Como ( C) kw w k w rad/s f 59,5 Hz. Amplitude A A + Na prática, utiliza-se uma rede de elementos não lineares para impor uma amplitude desejada

66 Computador Analógico Simulação do circuito usando o MicroSim

67 Oscilador Senoidal D K K K K + CC +5 D 74 o -5 K - CC K 8 nf 8 nf - D + Simulação dos circuitos usando o MicroSim

68 Gerador de Onda Quadrada Baseado no CI 555 Simulação do circuito usando o MicroSim

69 Temporizador Baseado no CI 555

70 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais O ganho em loop aberto A de um amp. op. não é infinito, mas sim finito e cai abruptamente com a frequência. A figura abaixo mostra uma curva típica da maioria dos amp. op. (como, por exemplo, a do amp. op. 74).

71 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais Como a resposta do ganho A é típica de circuitos passa-baixas de constante simples, então, por analogia, temos que A A( s) + s / w b () que, para frequências físicas, sjw, fica: A A( jw) + jw / w b () onde A é o ganho em CC e w b é a frequência em -3 db abaixo do ganho em CC.

72 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais A wb Da equação (), temos que A( jw). Assim, para frequências w>>wb wb + jw (cerca de 4 vezes ou mais), obtemos: Awb A( jw) (3) jw emos então que o módulo do ganho A alcança a unidade ( db) em: A w A w b b A wt A jw wt w b 5 6 Daí, obtemos que ft A f b ft. Hz para o amp. op. 74, tal como pode-se observar na figura anterior. Substituindo (4) em (3), temos que wt A( jw) (5) jw onde wt é chamado largura de banda para ganho unitário ou produto largura de banda-ganho (GB: Gain-Bandwidth). (4)

73 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais Da equação (5), vemos que wt A s) s (, ou seja, o amp. op. se comporta como um integrador com constante de tempo /w t. Note também que em altas frequências (w>>w b ) a diferença de fase entre a saída e a entrada será de 9 º. emos também da equação (5) que wt ft A A. w f Assim, se f t é conhecido ( 6 Hz no caso do 74), podemos facilmente estimar o ganho A em qualquer frequência f. Note que essa expressão só vale para w>>w b, ou seja, para pelo menos w>4w b.

74 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais Exemplo: Qual a amplitude do sinal de saída se o sinal de entrada possui amplitude de, e freqüência de 4 KHz, sabendo que é utilizado um multiplicador inversor com?

75 esposta em Frequência de Amplificadores Operacionais Calculando inicialmente o valor do ganho de loop aberto A e logo substituindo esse valor na expressão do ganho em loop fechado G, obtido na pg. 96, temos: ft A (Só para f >> f b e ft do 74 6 ) f 6 A G A Com v Gvi, v (Amplitude) (6) Simulação do circuito usando o MicroSim

76 Efeito de A(s) Sobre o Multiplicador Inversor Uma expressão mais completa para o ganho em malha fechada G pode ser obtida substituindo a equação (5) na equação (6). Teremos: G ( S) ( S) i + s ω t + Da expressão, temos que t ω 3dB ω. Como ω t Aω b ω 3 + db Aω b + 5.π. Assim, se ω 3 db 6Krad/s + f 3 db khz

77 efazendo o Exemplo Anterior efazendo agora o exemplo anterior, utilizando a expressão mais completa para o ganho em loop fechado, temos: G jω + ωt + + Então, como amplitude. jπ.4 π j4 v G vi v, 4. G i 4 e i 8 tg 4 4 para sinais de entrada de, de

78 Outro Exemplo Exemplo: Projete um filtro passa-banda com ganho na banda passante de 4 db para sinais entre Hz e khz. e-projete o circuito, otimizando-o.

79 Na banda passante: f f π C π C Hz C khz C ; 5K e π..5 3 C 3 π..5 5K 3,µ F 3 C 3, pf Note que para esta configuração e para C pode ser retirado do circuito, re-projetando: f 3 db khz, logo o capacitor Simulação do circuito usando o MicroSim

80 Efeito de A(s) Sobre o Efeito de A(s) Sobre o Multiplicador Não Multiplicador Não-Inversor Inversor De uma forma similar, o ganho em loop fechado também pode ser obtido em função do ganho em loop aberto A(s). A expressão resultante é: ) ( ) ( s S S G t i ω

81 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

82 Operação de Amp. Op. Para Grandes Sinais Saturação do Sinal de Saída Limitação Por Slew-ate (S) Distorção não-linear produzida no sinal de saída quando grandes sinais estão presentes Ocorre porque existe uma taxa máxima de mudança possível que pode haver na saída de um amp. op. real (em /µs): S dv dt max

83 Efeito do Slew-ate Sobre o Seguidor de Tensão - Degrau Grande - S t

84 Efeito do Slew-ate Sobre o Seguidor de Tensão - Degrau Pequeno volts - e G ( S) ( S) i + s + ωt + G ( S) ( S) i s + w t v( t) ( e w t t ). v ( t) [ ] w t w t ( w e w e ) t t t t dv dt max w t S w t

85 Efeito do Slew-ate Sobre o Seguidor de Tensão - Ondas Senoidais - v i ^ i ^ sen ω t v i sen ωt S ^ w i cosωt max ^ S ω i ^ w

86 Efeito do Slew-ate Sobre o Multiplicador Inversor G G i Para o amp. op. 74, Assim, 6,5 f GAπ Exemplo: Se f 8 khz Para S S,5 / µ s. G / e A i GAsen ωt GAω Asen ωt Simulação do circuito usando o MicroSim

87 Exemplo Um amp. op. alimentado em possui um S de.5 /µs. a) Se um sinal senoidal é aplicado à entrada de um buffer de tensão construído com este amp. op., qual a máxima freqüência do sinal de entrada para que não haja distorção de qualquer tipo no sinal de saída? b) Se um sinal com freqüência 5 vezes superior à encontrada em a) for aplicado ao amp. op., qual a máxima amplitude do sinal de entrada para que não haja distorção na saída? a) Supondo que o amp. op. está alimentado com ± L + S ωa.5. f f M 3dB s πf A 6.5x f 8 khz π 6 ft MHz M Ocorrerá distorção por slew rate a partir de 8 khz e distorção por integração do sinal, a partir de MHz. f max 8kHz

88 Exemplo b) Note que, de acordo com a expressão distorção por S ocorrerá em uma freqüência alta. f M S π A, se amplitude do sinal de entrada for baixa, a Ou seja, como S ω A ω M ω M A ω Então, π 8kHz π 4kHz Simulação do circuito usando o MicroSim

89 Exemplo: Análise de Circuito A figura abaixo mostra um circuito utilizado em alarmes ultrasônicos, o qual realiza a detecção de sinais procedentes de um transdutor ultra-sônico de 4 khz. Desenhe as formas de onda nos nós indicados. Qual o valor de x para se ter máximo ganho? Haverá distorção por Slew-ate na saída do circuito?

90 Exemplo: Análise de Circuito G + ω t X jω + X + π X j π X 3 Fazendo G G + + X j, 4,6 X G X X X X e como >> X >> G X + G (,4 X ) + (,4 X ) X G (,6 G ) X X Note que para existir G real (,6 G ) > G < G < 5., 6 G X X max 5KΩ K f 3dB f t e X f 3dB > 4, temos > 4 X + K X 4K e G 4.

91 Exemplo: Análise de Circuito Como o sinal de entrada possui m de amplitude, o sinal de saída será cossenoidal, com 4,5 de offset e 4 m de amplitude Simulação do circuito usando o MicroSim

92 Exemplo: Análise de Circuito v, onde 4, 5 Por outro lado, a saída do segundo amp. op. possuirá um sinal A( v v ) e + v 4,5 +,4cos wt. Como A5, analiticamente o sinal de saída será v 6cos wt w S. Como 6 v +. e para o amp. op. 74 S,5 /µs, temos que a máxima frequência que o amp. op. não causa distorção na sua saída é aproximadamente 3 khz Simulação do circuito usando o MicroSim

93 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

94 Problemas em CC com Amp. Op. - Tensão de Offset - A(+ -) Saída não será zero, mas sim L+ ou L-

95 Problemas em CC com Amp. Op. - Tensão de Offset - Existe na entrada do amp. op. uma tensão CC (chamada OS, tensão de offset) varia de a 5 m aparece devido ao mau casamento do estágio de entrada do amp. op. não se sabe a priori a sua polaridade varia com a temperatura

96 Efeito de os Sobre Multiplicador Inversor e Não-Inversor Para ambos os casos, usando o princípio de superposição para analisar apenas o funcionamento em CC, temos:

97 Efeito de os Sobre Multiplicador Inversor e Não-Inversor Assim, a contribuição na saída devido apenas a OS é dado por: + v ' G. S v ' S Já a contribuição AC (desativando os, ou seja, curto-circuitando-o) é dada por: v " v i, para o multiplicador inversor. v + v i ", para o multiplicador não-inversor. Onde os sinais de saída para cada um dos circuitos é dado por: v v ' + v". Ou seja, o sinal de saída estará acoplado a uma tensão CC, o que não é desejável.

98 Efeito de os Sobre Multiplicador Inversor e Não-Inversor Exemplo: Uma configuração de amp.op. multiplicador possui G e S 5m. Desenhe o sinal de saída se o sinal de entrada é senoidal. v G S v ' 5 ou v ' 5 '

99 Soluções para Atenuar Efeito de os

100 Efeito de os sobre Integrador de Miller S v ' S v ' sc v ' S + S C t S t + S C dt

101 Efeito de os sobre Integrador de Miller

102 Solução para Atenuar Efeito de os sobre Integrador de Miller Uma solução para este problema é colocar um resistor ( F ) em paralelo com o capacitor, pois em CC o capacitor se comportará como um circuito aberto, sendo que a contribuição CC para o sinal de saída será: F v ' + S Assim, o sinal de saída pelo menos não terá um aumento do nível de tensão com o tempo. Ademais, se F for escolhido pequeno, v ' (nível CC na saída) será pequeno Note que ao incluir F, o circuito somente integrará bem sinais com freqüências maiores que f C π F C

103 Correntes de Polarização de Entrada I I B I I + I B B I S B B Para amp.op. baseado em transistores bipolares: Corrente de polarização de entrada: na Corrente de offset de entrada: na Normalmente, IosI B / Para amp.op. baseado em FETs: Correntes da ordem de pico amperes

104 Tensão de Offset Devido a I B Multiplicador Inversor e Não- Inversor - + v ' I B I B

105 Solução para Eliminar Tensão de Solução para Eliminar Tensão de Offset Devido a I Offset Devido a I B Solução: introduzir uma resistência 3 em série com a entrada não-inversora. ( ) ' ' I I I v I I v B B B B B + 3 ' I v I I I B B B B //, Deseja-se que ' v, ou seja, que não exista offset no sinal de saída. Então,

106 Tensão de Offset Devido a I Tensão de Offset Devido a I S S B B B B B S I I I I I I + S B B I I I + S B B I I I ' I I I I I I v S B S B S B S I v ' Note que se não usamos 3, o offset devido a I B será I B v '. Como S S B I v I I ', o que implica que, ao usarmos 3, conseguimos eliminar o offset devido a I B e diminuir em vezes o offset devido a I S.

107 Diminuição de Offset, Devido a S I B e I S, Para Multiplicador Inversor S, C >> π f 3

108 Diminuição de Offset, Devido a S, I B e I S, Para Multiplicador Não-Inversor C >> π f C >> π 3 f

109 Eletrônica Básica II Amplificadores Operacionais

110 O Amp. Op. 74 Internamente

111 O Amp. Op. 74 Internamente O amp. op. 74 contém: grande número de transistores alguns resistores um único capacitor Isto se deve a uma questão de economia (menor área de silício, facilidade de fabricação e qualidade dos componentes realizáveis)

112 O Amp. Op. 74 Internamente No CI, existem três estágios: um estágio de entrada diferencial (de alta impedância) um estágio intermediário (de alto ganho) um estágio de saída bufferizado (baixa impedância)

113 O Amp. Op. 74 Internamente - Estágio de Entrada - Os transistores Q e Q são, respectivamente, a entrada nãoinversora e inversora do amp. op. 74. Esses transistores agem como seguidor-emissor, fazendo com que a resistência de entrada seja alta. Os transistores pnp Q 3 e Q 4 protegem os transistores de entrada, Q e Q, contra sobretensão (5 )

114 O Amp. Op. 74 Internamente - Estágio Intermediário - Existe um capacitor C c conectado na realimentação deste estágio intermediário para executar a compensação em freqüência, resultando em: um pólo dominante em aproximadamente 4 Hz queda uniforme de db/decada largura de banda de MHz Embora de pequeno valor (3 pf), ocupa uma área no chip 3 vezes maior que a de um transistor

115 O Amp. Op. 74 Internamente - Estágio de Saída - É utilizado um estágio de saída classe AB, o qual permite o fornecimento da corrente requerida pela carga sem dissipar grande quantidade de energia no chip. Existe um circuito de proteção por sobrecorrente na saída do amp. op., o qual limita a corrente de saída em ma.

116 Estrutura Interna na Forma de Diagrama de Blocos

117 Modelo de Pequenos Sinais ( s) Queremos determinar o ganho em loop aberto, A. Para isso, note que ( s) ( µ ) i, ou seja, sc i i i C ic sc( + µ ) i id i sc C. ( + µ ) Esta é a mesma corrente que circula sobre um capacitor de valor C ( + µ ) uma tensão i sobre ele., tendo

118 Modelo de Pequenos Sinais ic Ceq, em conjunto com a resistência, produzirá um filtro passa-baixas cuja freqüência de corte é dada por: fc. πc Note que o capacitor resultante, C( + µ ) Para o amp. op. 74 temos os seguintes valores: - µ 55 - C 3 pf - 6, 7MΩ - i 4MΩ Então, // i, 5MΩ f C 4, Hz. eq

119 Modelo de Pequenos Sinais Por outro lado, do circuito temos que: Z // e i Z. Gm. id. Então, sc( + µ ). Gm. id Z + sc( + µ ) + sc( + µ ) i. Assim, como µi + µ.. G m. id sc( + µ ). Finalmente, podemos obter A, que é dado por: id µ.. Gm µ.. Gm A A + sc( + µ ) s + C( + µ )

120 Obtenção de fb e ft Note que, comparando com a expressão típica de um filtro passa-baixas de pólo simples, temos que para f A µ.. Gm e ω b C ( + µ ) o que implica que f b. π C( + µ ) Para o amp. op. 74, temos os seguintes valores: µ 55 e, 5MΩ. Assim, podemos obter: A f 4465 A 4, Hz b 7,7dB. G m 9µ A/, C 3 pf, µ.. Gm Também, note que ω t Aω b ω t C( + µ ) µ.. Gm ft, ou seja, f t MHz. πc( + µ ), o que implica que

121 esposta em Frequência

122 Diagrama de Blocos para µ >> ω >> ωb G m s. C. A A G s id m. C id

123 Exemplo Se for aplicado um degrau de tensão de na entrada de um buffer de tensão construído com um amp. op. 74, qual será o sinal de saída? i C C v ( t) dv dt dv C dt C t C i( t) dt v ( t) Idt v ( t) t I t C I dv ( t) I dv I Agora, como v ( t) t S max C dt C dt C Usando os valores típicos para o amp. op. 74: I 9,5µ A, C 3 pf, temos que S,63 / µ s