REVISÃO ELETRÔNICA ANALÓGICA II

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1 REVISÃO ELETRÔNICA ANALÓGICA II POR GABEL VINICIOS SILVA MAGANHA Revisão da matéria de Eletrônica Analógica II Amplificadores Operacionais.

2 A matéria de Eletrônica Analógica II consiste no estudo de um componente eletrônico chamado Amplificador Operacional (abreviado como AOP ou Amp.Op.) Um amplificador é um circuito capaz de aumentar a intensidade de um sinal tensão e/ou corrente utilizando uma fonte de energia externa para fazer isso. Existem 3 componentes principais utilizados em amplificação. A Válvula, o Transístor e o Amplificador Operacional. O Amplificador Operacional é um Circuito Integrado (CI) que contém dentro de si uma série de transistores, resistores, capacitores e diodos, com o objetivo de ser um amplificador o mais próximo possível do ideal e que sirva para quase todos os propósitos. E o que é um amplificador ideal? Um amplificador ideal é aquele que tem as seguintes características: Característica Ideal Real AOP 741 Real AOP CA3140 Ganho Máximo de Tensão (Av) Resposta em >1MHz >5MHz Frequência (BW) Impedância de 2MΩ 1,5TΩ Entrada (Zi) Impedância de Saída 0Ω 75Ω 60Ω (Zo) Insensibilidade à Temperatura Imune à temperatura Baixa influência da temperatura Baixa influência da temperatura Para estudar: você lembra do porquê de cada uma dessas características? Procure revisá-las com o seu colega! Simbologia Simplificada Completa Pinagem Padrão: 1 e 5 Ajuste de Offset 2 Entrada Inversora 3 Entrada Não-Inversora 4 e 7 Alimentação (- e +) 6 - Saída

3 Fórmula geral dos Amplificadores Ganho (Av): é o número de vezes que o sinal de entrada será amplificado na saída. O ganho, por padrão, não tem uma unidade de medida, embora haja a unidade db (decibel) que possa ser usada veremos isto posteriormente. Av =, ou seja, o ganho é a tensão de saída dividida pela tensão de entrada. Modos de Operação do AOP Os circuitos com AOP podem ser de 3 tipos: R1 10k R2 10k U3 Malha Aberta Realimentação Negativa Realimentação Positiva Sem Realimentação Operação em Malha Aberta Dessa forma, o AOP funciona como um amplificador com ganho máximo, dado pelo fabricante no datasheet. Não há realimentação. A tensão da entrada nãoinversora é subtraída pela tensão da entrada inversora (V+ - V-). O resultado dessa subtração das tensões é multiplicado pelo ganho máximo e jogado na saída. = (V+ - V-) x Av Como o ganho dado pelo fabricante é muito elevado, na prática esse modo de operação do AOP não é empregado na amplificação, uma vez que uma pequena diferença de tensão entre as entradas já fará o amplificador saturar na saída. Por isso, esse modo de operação é mais usado como COMPARADOR DE TENSÃO.

4 Caso a tensão da entrada não-inversora seja minimamente maior que a da entrada inversora, a saída tende a saturar positivamente. Caso seja o contrário, a saída tende a saturar negativamente. Exemplo 1: Calcule a tensão da saída do AOP medida pelo multímetro abaixo, sabendo que o Av Máx dado pelo fabricante é de V4 V1 12mV V mV _5T_VIRTUAL Resolução: A diferença entre as duas entradas é: 12mV 12,03mV = -0,03mV. Esse sinal será amplificado pelo ganho em malha aberta, dado pelo fabricante, que no caso é Logo, -0,03mV x = - 4,5V. Portanto, = - 4,5V. Exemplo 2: Calcule a tensão de Saída (). AvMáx = : 15 V V4 15 V V1 32.8mV V2 31.4mV _5T_VIRTUAL Resolução: = (32,8mV 31,4mV) x > = 210V (saturação positiva). Portanto, = +15V

5 Operação com Realimentação Negativa Esse é o modo mais comum de uso dos AOPs. A vantagem dessa ligação é que podemos controlar o ganho do amplificador através de resistores externos, ao invés de usar o ganho máximo dado pelo fabricante. Por isso, podemos projetar amplificadores exatamente com o ganho desejado. Nesse caso, os circuitos mais comuns são: Amplificador Não-Inversor Amplificador Inversor Av = 1 + Ri Av = Ri Para todos os amplificadores: Av = Obs.: É importante prestar MUITA ATENÇÃO na diferença dos dois circuitos! Amplificador Não-Inversor Como o próprio nome diz, o Amplificador Não-Inversor amplifica o sinal injetado em sua entrada não-inversora, sem inverter a sua polaridade. Av = 1 + Ri Amplificador Não-Inversor Amplificador Inversor

6 Exemplo: Calcule a tensão de saída medida pelo multímetro. 15 V +28mV V4 15 V R2 1kΩ R1 9kΩ Resolução: Av = 1 + 9k -> Av = 10 1k = 10 x28mv = +280mV Exemplo 2: Calcule. R2 1.2kΩ +48mV R1 33kΩ Resolução: Av = k Av = 28,5 1k2 = 28,5 x48mv = +1,37V

7 Amplificador Inversor Como o próprio nome diz, o Amplificador Inversor, além de amplificar o sinal, também inverte a sua polaridade na saída. Assim, se injetarmos na entrada um sinal positivo, esse sinal sairá negativo e vice-versa. Se injetarmos um sinal CA, o sinal de saída será CA, mas 180 defasado em relação ao sinal da entrada. Veja a imagem abaixo. i Av = Ri mplificador Não-Inversor Amplificador Inversor Repare como o sinal da saída está 180 defasado em relação ao da entrada. Exemplo 1: Calcule V1 +4mV R2 100 Ω R1 47kΩ Av = 47k Av = = 470 x4mv = 1,88V

8 Fonte Simétrica Para que o amplificador possa +Vcc amplificar sinais que variam de polaridade (corrente alternada, por exemplo) e também para que possa trabalhar com tensões positivas e negativas BAT1 12V U3 6 alimentamos ele com uma fonte simétrica. GND BAT2 12V Vcc Entretanto, quando trabalhamos apenas com tensões positivas, podemos alimentar o AOP de forma simples, com apenas uma fonte. O AOP CA3140 funciona muito bem com alimentação simples mesmo não se pode dizer do 741.