ampop n olinear

5/10/2018 Ampop n Olinear - slidepdf.com

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APLICAAPLICAAPLICAAPLICAÇ ÇÇ ÇÕES NÃO LINEARES COM ÕES NÃO LINEARES COM ÕES NÃO LINEARES COM ÕES NÃO LINEARES COM AMPLIFICADOR OPERACIONALAMPLIFICADOR OPERACIONALAMPLIFICADOR OPERACIONALAMPLIFICADOR OPERACIONAL

Apresentação de circuitos não - lineares

Saída função não – linear do sinal de entrada

Larga utilização prática dos circuitos

Utilização de elementos ativos (diodos, zener,transistores) para descrever o funcionamento

Uso dos princípios de realimentação para eliminar

propriedades indesejáveisApresentação de alguns circuitos

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: INTRODUÇÃO

741 Ri = 1M Ohm

741 Ro= 75Ohms

Vs = Av.Vi= Av.(V2-V1)

Como o ganho de tensão em malha aberta é muito alto

basta um pequeno valor de Vi para levar o AMPOP àsaturação positiva (V2>V1) ou negativa (V2<V1). Por issomesmo o AMPOP, quando usado como amplificador deve tersempre realimentação negativa.

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: INTRODUÇÃO

Curva característica de transferência (VsxVe) em malhaaberta, para um ganho de malha aberta de 100.000.

Região linear estreita!

Av = 100.000 = 10V/0,1mV

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: LIMITADORES E COMPARADORES

LIMITADOR:

Operação não linear importante

Uso de diodos limitadores para proteção de circuitos sensíveis

Limitação na entrada – tensões excessivamente grandes

Limitação da saída utilizando diodos Zener

CARACTERÍSTICABÁSICA

ViVo

Vi

Vo



2

1vv =

+

0=−i

1vv =

−

KCL @ v_KCL @ v_KCL @ v_KCL @ v_

EXAMPLE DE CURVA DE TRANSFERÊNCIA COM SATURAEXAMPLE DE CURVA DE TRANSFERÊNCIA COM SATURAEXAMPLE DE CURVA DE TRANSFERÊNCIA COM SATURAEXAMPLE DE CURVA DE TRANSFERÊNCIA COM SATURAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

CURVA DE TRANSFER.CURVA DE TRANSFER.CURVA DE TRANSFER.CURVA DE TRANSFER.

FAIXA LINEARFAIXA LINEARFAIXA LINEARFAIXA LINEAR

OFFSET: DESLOCAMENTO DA CURVAOFFSET: DESLOCAMENTO DA CURVAOFFSET: DESLOCAMENTO DA CURVAOFFSET: DESLOCAMENTO DA CURVA

OFFSETOFFSETOFFSETOFFSET

SASASASAÍÍÍÍDA NÃO EXCEDEDA NÃO EXCEDEDA NÃO EXCEDEDA NÃO EXCEDEA ALIMENTAA ALIMENTAA ALIMENTAA ALIMENTAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO(10V)(10V)(10V)(10V)

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: LIMITADOR E COMPARADOR

COMPARADOR:

É similar a um Ampop (duas entradas e uma saída)Uso do ampop sem resistor de realimentaçãoLimitador com ganho alto (idealmente infinito)Produz saída na forma de pulso em função do nível do sinal aplicadoUsado com interface entre circuitos analógicosSensores de nível e etc...

COMPARADORIDEAL

Vi

Vr

Vo

Vi

Vo

Vr


COMPARADOR: CIRCUITO BÁSICO

Vi(mV)

Vo

0,13-0,13

+

-

VoVi

Vi = 0,13 mV p/ Vo = 13 V

Av = 100.000

Histerese pequena: desconsidera-se

Histerese: saturação em ± Vcc


Comparador de Zero NãoInversor

Comparador de zero ou detector de zero nãoinversor porque quando a tensão de entradapassar por zero a saída muda de +VSat para-VSat ou vice versa.



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Exemplo, se a entrada Ve = 4.senwt(V) a saída será uma ondaquadrada de mesma freqüência e em fase com senóide de entrada.

CIRCUITOS COMPARADORESCIRCUITOS COMPARADORESCIRCUITOS COMPARADORESCIRCUITOS COMPARADORES

ComparadorComparadorComparadorComparador REALREALREALREAL requerrequerrequerrequerumumumum ““““pull up resistor.pull up resistor.pull up resistor.pull up resistor.””””

ZEROZEROZEROZERO----CROSSING DETECTORCROSSING DETECTORCROSSING DETECTORCROSSING DETECTOR

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADOR DE NÍVEL INVERSOR

No comparador de nível a tensão deentrada é comparada com uma tensão dereferencia VR(ponto de chaveamento).

Se Ve> VR a saída. será-VCCese Ve < VR a saída mudará para +VCC.

Se Ve= VR então a saída seránula,porem devido ao altíssimo ganho doAmpop basta que Ve seja algunsdécimos de mV maior ou menorque VR para a saída mudar para ± Vcc

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADORExemplo

Desenhar o gráfico da tensão de saída em função dotempo (VSxt) para o circuito.Dados: ve= 5senwt(V) Vsat(+) = +14V Vsat(-) = -14V

Ve< 2,3V a saída será alta ( +14V )e quando Ve >2,3V a saída serábaixa ( -14V ) ou graficamente:

Ponto de chaveamento:

Obs.: VR = 14 V



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APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADOR Cont. ExemploEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLO

UNIDADE GAINUNIDADE GAINUNIDADE GAINUNIDADE GAINBUFFERBUFFERBUFFERBUFFER

COMPARATOR CIRCUITSCOMPARATOR CIRCUITSCOMPARATOR CIRCUITSCOMPARATOR CIRCUITS

T

T e R

0227.045.57

−

=

SOMENTE UMSOMENTE UMSOMENTE UMSOMENTE UMLED LIGA P/LED LIGA P/LED LIGA P/LED LIGA P/DADA TEMP.DADA TEMP.DADA TEMP.DADA TEMP.

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: OBSERVAÇÕES P/ SATURAÇÃO

Exemplo: Seja um AMPOP não realimentado com ganhodiferencial de 3x105 alimentado por uma fonte simétrica de12 V, tendo a entrada não inversora “aterrada”, calcule atensão necessária na entrada inversora para que a saídaopere na condição de saturação positiva (considere nula atensão de “off-set” do AMPOP)

Solução:Considerando a perda de tensão interna na saída de ± 1 V, vo satura a:Positiva: V sat + = 12 - 1 = 11V Negativa: V sat - = - 12 + 1 = - 11VAssim: V- = - 11/3.105 = 3,67.10-5 V

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: OBSERVAÇÕES P/ SATURAÇÃO

Análise da Resposta em FreqüênciaA resposta em freqüência na condição de saturação é analisada deforma distinta da região linear. As excursões de tensão de saída vãode - Vsat a + Vsat , sendo definido o parâmetro slew rate (taxa devariação da saída), que é a derivada da tensão de saída em relaçãoao tempo.Este parâmetro é uma constante para cada AMPOP e está ligadoindiretamente à banda passante do mesmo, ou seja, quanto maior abanda passante, maior a slew rate . A slewrate é dada em V/ µs (Voltspor micosegundo), e possui valores típicos que vão desde 0,1 V/ µs a1000 V/ µs.Assim, para analisar as variações no tempo da tensão de saída,toma-se a excursão de saída total e divide-se pela slew rate (SR)

Exemplo: Seja o mesmo AMPOP doexemplo 1 com SR=0,1 V/ µs, calcule otempo de transição da tensão de saídaconsiderando uma transição abrupta natensão de entrada.

Solução:

∆t = Excursão/SR =11-(-11)/0,1

∆t = 220 µs



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APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: RETIFICADORES DE PRECISÃO

Retificadores de Precisão

São circuitos capazes de retificar um sinal de amplitude qualquersem as perdas inerentes aos retificadores convencionais a diodo.São usados para retificação de sinais AC de baixa amplitude.São aplicações com Limitadores e Comparadores de Precisão.

Retificador de meia ondaAqui o diodo poderá ser analisado comochave, pois o AMPOP fornece a tensãode polarização direta necessária àcondução do diodo (quando a entrada épositiva), de modo que na saída tem-se a

mesma tensão da entrada sem perdas.O alto ganho do Ampop elimina o efeitode VD. Se VD = 0,7 V e A = 105, a tensãop/ ligar o diodo é 7µV.


Retificar sinais de baixa tensão (provenientes detransdutores ou sensores, milivolts): Retificador dePrecisão com Ampop conhecido como SUPERDIODO

1) Vi < 0 → Vo = 0

2) Vi > 0 → Vo = V’o – VD e V’o = A.Vd

V’o

Assim:Vo = A.(Vi – Vo) – VDVo = (A.Vi – VD)/(1 + A)A → ∞ → Vo = Vi


Retificador de onda completa

Retificador de meia onda – AP 1

Somador – AP 2

Saída (AP 2): Vo = - (Vi + 2.VA)

Análise:

1) Vi > 0 → VA = -Vi → Vo = Vi2) Vi < 0 → VA = 0 → Vo = - Vi = +Vi

CIRCUITO DE VALORABSOLUTO


Retificador de onda completa

CARACTERÍSTICADE TRANSFERÊNCIA

Circuito de valor absoluto:qualquer sinal alternado terá suaparte negativa retificada.Verifica-se dois sinais simétricosproduzindo a mesma tensão desaída Vo = │Vi│

-V V

Vo

Vi



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APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: DETECTOR DE PICO ATIVO

Análise:

1) V i > 0 → C se carregarapidamente: const. detempo pequena (Rthbaixa)

2) V i < 0 → descargade Catravésde RL, ζ = RL.C,com ζ > T (entrada),ζ >10T

3) Para o caso de acionarbaixa resistência, A→B

Ex. fin = 1 kHz → T = 1ms

ζ = 10 ms → erro < 5% Reset incluido: Nível baixo → Circuito funciona (carga)

Nível alto → Chave transistorizada fecha → descarregarepidamente o capacitor.

ζ grande, uso do reset para prepararnova carga.

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: LIMITADOR POSITIVO ATIVO

Análise:

1) Vin < 0 → Vo > 0 → “corta o diodo” → Vout = Vin

2) Vin > 0 → Vo < 0 → “diodo conduz” → Vout = + Vref

V+ = Vout = V. (R’/(R’+R”)) ajuste potênciômetro.

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: LIMITADOR NOS DOIS SEMICICLOS

Análise:

Dois diodos Zener em série e polarizações opostas na malha realimentação

Abaixo da tensão Zener: GMF = - R2 /R1

Quando a saída exceder a tensão Zener + queda do diodo, Vout = VZ + VK

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: LIMITADOR DE DOIS SEMICICLOS

CARACTERÍSTICA DETRANSFERÊNCIA

Vo

Vi

VZ + VK

-(VZ + VK)

R1.(VZ + VK)/R2

-R1.(VZ + VK)/R2

Inclinação: - R2 /R1



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APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: GRAMPEADOR POSITIVO ATIVO

Análise:

1) Vin < 0 → acoplado por C (VC = 0) → Diodo conduz → VC = VP (terra

virtual)

2) Vin > 0 → Diodo corta → terra virtual perdido (M. A.) → Vout = Vin + VP

Como VP é somado à tensão senoidal de entrada, a saída é deslocadapositivamente através do valor VP

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADOR REGENERATIVOOU SCHMITT TRIGGER – HISTERESE NOS COMPARADORES

Regenerativo – sinônimo de realimentação positiva (Histerese)

Histerese significa atraso – atraso na mudança do estado de saída, apesardas condições de entrada haveremsido alteradas

Importância da Histerese:

Sinal com forteinterferência ou ruído

Multiplos pontos nos quaiso sinalintercepta o nível dereferência (VR)

Comparador comum – chaveamento em cada um dos pontos (comutaçõesfalsas)

Eliminação do problema – uso da HISTERESE


PRINCÍPIO BÁSICO APLICADO AO COMPARADORCOM HISTERESE

Possuir noção da ordem de grandeza do valor de pico apico do ruído;

Estabelecer dois níveis de referência – tensão de disparo

superior (VDS) e tensão de disparo inferior (VDI);Níveis separados por certa faixa de tensão (50 mV, 100 mV)a qual dependerá do valor de pico a pico do ruído sobreposto;

A diferença, VH = VDS – VDI é a margem de tensão deHisterese.


Comparador Inversorsem Histerese, comvalor de referência iguala VDI.

Comparador comHisterese. Comutaçõessó ocorrem após o sinalatingir um dos níveis dedisparo.



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APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADOR INVERSORREGENERATIVO

Realimentação positiva

Saída estará em dois estados:

+ Vsatou – Vsat

Níveis de referência em P

Tem-se VP = Vi

Obs.:

+ Vsat é cerca de 1,5 V abaixo de + V

- Vsaté cerca de –1,5V acima de – V

Dependem da tensão de alimentação do comparador.

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: COMPARADOR NÃO INVERSORREGENERATIVO

VP = 0 (terra virtual) → Vi = R1.Vo / R2

Níveis de disparos:

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: CIRCUITOS LOG E ANTI-LOG

CIRCUITO LOG Denominados de amplificadores logarítmicos,são utilizados em computação analógica.

Princípio: uso das características não lineares de diodos e transistores.

Transistor: relação entre a corrente de coletor e a tensão base-emissoré precisamente logarítmica (pico a mili Ampéres)


CIRCUITO LOG Denominados de amplificadores logarítmicos,são utilizados em computação analógica.



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CIRCUITO LOG

KT/q ≈ 26 mV

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: CIRCUITO ANTILOGARÍTMICO

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: MULTIPLICADOR E DIVISOR ANALÓGICO

COMBINAÇÕES DE OPERAÇÕES LOG E ANTI-LOG

1)

2)

3)

4)

APLICAÇÕES NÃO – LINEARES: MULTIPLICADOR E DIVISOR ANALÓGICO

COMBINAÇÕES DE OPERAÇÕES LOG E ANTI-LOG: EXEMPLO (3)

3) Vo = K2.V1.V2

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