06/06/2017
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA 1 - ET74C
Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes
Aula 22 – Amplificador Operacional
Conceitos
Curitiba, 07 de junho de 2017.
07 Jun 17 AT22- AmpOp Conceitos 2
CONTEÚDO DA AULA
1. REVISÃO
2. EXEMPLO DE APLICAÇÃO COMO COMPARADOR
3. ESTÁGIOS INTERNOS
4. FOLHA DE ESPECIFICAÇÕES
5. CONCEITOS
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1-Revisão: apresentação
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Circuito Integrado (CI) Linear ou Analógico que amplifica ou realiza
operações matemáticas de sinais contínuos em função dos sinais que são
aplicados nas suas entradas. Exemplo: CI mais conhecido é o 741.
Posicionado sobre o sulco
do proto-board.
Numeração da esquerda para direita, ordem
crescente, sentido anti-horário, a partir das
marcas de posicionamento.
1 2 3 4
8 7 6 5
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• duas fontes DC • Uma fonte DC + divisor resistivo
• unipolar
1-Revisão: alimentação simétrica x alimentação unipolar e Vsat
❖A tensão de saída (Vo, Vout) é
limitada pela tensão de alimentação
do AmpOp –um V entre 0,7V a 2,0V
O limite superior é denominado:
O limite inferior é denominado:
+Vsat= |+Vcc|- V
-Vsat= |-Vcc|-V
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1-Revisão: modelo elétrico do AO ideal
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V+
V-
+
Vout
-
Ad(V+ - V-)Rin=
Rout= 0V+ ENTRADA NÃO INVERSORA
V-ENTRADA INVERSORA
Ad GANHO DIFERENCIAL
EM MALHA ABERTA
MODELO ELÉTRICO AMPOP IDEAL
Rin=
Rout= 0
Ad=
V+
V-
+
Vout
-
Ad(V+ - V-)
1-Revisão: modelo elétrico do AO real
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Rin 2Mῼ
Rout 75ῼ
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS IDEAL REAL (741)
*Ganho em Malha aberta
*Impedância de entrada (Zin)
*Impedância da saída (Zout)
*Largura de faixa de freqüência (PGL)
*Tensão de saída (Vout)
*Corrente de entrada
infinito
infinita
zero
infinito
nula
nula
2 000 a 200 000
2Mohms
75 ohms
1M
nula, com ajuste de
off-set
nanoA, picoA
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1-Revisão: modos de operação
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Sem realimentação (malha aberta):
Positiva Negativa
Com realimentação (malha fechada):
Aplicação principal: comparador de tensão
1-Revisão: AO sem realimentação-comparador
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a) Vref=0V
Vref
b) Vref 0V
Vref
0
0
VinseVsat
VinseVsatVO
VrefVinseVsat
VrefVinseVsatVO
)( VVAV dOut
)( VVAV dOut
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1-Revisão: AO sem realimentação-comparador
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0
0
VinseVsat
VinseVsatVO
VrefVinseVsat
VrefVinseVsatVO
b) Vref 0V
Vref
a) Vref=0V
Vref
)( VVAV dOut
)( VVAV dOut
1-Revisão: conclusão exercício
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1-Construa a característica de transferência dos circuitos que seguem. Admitir V=1V.
2-Esboce a tensão de saída supondo que Vin é uma senóide de 5Vp.
a)b)
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2-Aplicação como comparador
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2-Aplic
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Exercícios
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Ex 2-
Boylestad
3) Explique o funcionamento
Fonte : http://www.eletrozine.net/circuitos/24-
iluminacao/106-foto-celula-eletronica.html .
Visitado em 12/03/2014
2) Supondo que a mesma
alimentação do AO do ex 1 e V=2V,
determine o valor da saída.
Explicação exercício 3
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Exercícios- créditos prof Vinícius Secchin de Melo
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4) Adotar AO ideal e alimentação simétrica de 12V.
VV
kk
kV
ref
ref
75,0
115
1.12
VV
kk
kV
ref
ref
09,1
2222
22.12
3-Estágios internos
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3-Primeiro estágio interno: par diferencial
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É desejável que os transistores tenham
características muito próximas.
Mas se houver diferenças de ganho destes,
de ligeiras diferenças entre os transistores na
estrutura do cristal e variações de
temperatura, ocorrerá um desbalanceamento
entre as tensões Vo1 e Vo2.
1BI2BI
3.1-Correntes de entrada do AmpOp
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Corrente de compensação ou de offset de entrada: definida como sendo a diferença
entre as correntes de base IB1 e IB2.
Malvino, seção 17,3 , 4ª ed
21 BBoffset IIIin
A diferença nas correntes de base indica o quanto são próximas as características dos
dois transistores.
Se os transistores forem idênticos, a corrente de compensação de entrada será zero,
pois as duas correntes de base serão iguais. Porém quase sempre os dois transistores
são diferentes e as duas correntes de base não são iguais.
Corrente de polarização de entrada:
São correntes de base IB1 e IB2 que circulam através do terminal de base de cada
TJB, assim a corrente de polarização de entrada é definida como a média das duas
correntes de base.
2
21 BBbias
IIIin
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3.1-Correntes de entrada do AmpOp
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Corrente de base: As folhas de dados dos ampops sempre informam os valores da
corrente de polarização de entrada e da corrente de compensação de entrada,
porém listam os valores da corrente IB1 e IB2. Este é o motivo que devemos
calcular as correntes de base utilizando:
21
offset
biasB
IinIinI
22
offset
biasB
IinIinI
21 BBoffset IIIin
2
21 BBbias
IIIin
Corrente de compensação ou de offset de entrada:
Corrente de polarização de entrada:
4-Folha de especificações
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4-Folha de especificações
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5-Conceitos
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5.1-Tensão de off-set ou de compensação Vos
5.2-Ganho de tensão Av
5.3-Taxa de inclinação ou slew-rate SR
5.4-Tensão de entrada em modo diferencialVd
5.5-Tensão de entrada em modo comumVc
5.6-Razão de rejeição de modo comum RRMC (CMRR)
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5.1: tensão de off-set (compensação)
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Vo=0 V
V-=0V
V+=0V Vo=0 VVos
AMP OP REALAMP OP IDEAL
Vos TENSÃO DE OFFSET
)( VVAV dOut
Teoricamente a tensão de saída deve ser zero para a condição em que V+=V- =0V.
Na prática esse valor difere de zero, devido às correntes de base da polarização dos
transistores.
5-Conceitos: tensão de off-set (compensação)
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Tensão de Off-set Para o AmpOp ideal
a tensão de saída é nula quando as entradas
V+ e V- estão em curto circuito.
Nos AmOps reais, devido ao casamento imperfeito dos dispositivos de entrada, pode
ocorrer que a tensão de saída seja diferente de zero, quando ambas as entradas estão
no potencial zero.
Significa dizer que há uma tensão CC equivalente na
entrada, chamada de tensão de off-set e é indesejável.
Essa tensão situa-se na faixa de 1mV a 100mV nos
amplificadores comerciais.
Para minimizar ou eliminar esse nível, alguns AmpOps
(741) apresentam terminais externos específicos para
efetuar esse ajuste que são os terminais 1 e 5.
Vo=0 VVos
AMP OP REAL
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5.2-Ganho de tensão
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Ganho de tensão (Av) normalmente chamado de ganho em malha aberta (LA),
medido em CC ou em frequências muito baixas. Definido como a relação da variação
da tensão de saída para uma dada variação da tensão de entrada.
Seu valor real está na faixa de poucos milhares até cerca de cem milhões em amplifi-
cadores operacionais específicos.
A notação Avo indica o ganho de tensão diferencial em CC.
i
OV
V
VA
i
OV
V
VdBA
log20)(
O decibel é uma ordem de uma relação. Permite expressar a razão entre duas
grandezas da mesma natureza.
Por ex.: caso seja necessário expressar um ganho, ou seja, uma razão entre saída e
entrada que seja muito maior que a unidade ou uma atenuação em que essa mesma
razão seja muito menor que a unidade, resultaria em valores que teríamos dificuldade
em expressar numericamente e por consequência o seu entendimento.
BelsIn
Out10log
in
outP
P
PA log.10
dBdeciBelsIn
Out10log.10
in
out
in
outV
V
V
V
VA log.20log.10
2
Proporcional ao
quadrado da potência
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mVVtypAvd /200)( 000200mV
V200
5.2-Ganho de tensão em malha aberta na folha de dados
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5.3- Taxa de inclinação, Slew-rate (SR)
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Ainda taxa de subida: taxa máxima possível em que a tensão de saída do amplificador
pode mudar.
✓ SR indica a “velocidade” de resposta do amplificador.
✓Quanto maior o SR, melhor o AmpOp.
✓Se o sinal de entrada possui uma taxa de variação maior que o SR do AmpOp, o sinal
de saída será ceifado ou distorcido.
Crédito: Theodore F. Boagart Jr. Dispositivos e circuitos eletrônicos. Vol. II. 3ª Ed
sVt
V
tt
VVSR /
12
12
5.3-Exercício sobre Taxa de inclinação
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O amplificador operacional TL 074 tem uma taxa de inclinação (SR) de 13V/μs. Qual
a largura de banda para uma tensão de pico de 5V? Resposta: BW = 414012,73Hz
)(wtsenVv po
max12
12 )(
dt
tdv
tt
VVSR
max)cos(5 wtwSR
cos=1 máximo quando wt=0
)1(5wSR
10
SRf
kHzf 401,4110
1.
10
136
Para esta análise considera-se o que o sinal
de tensão aplicada seja uma senoide )(5 wtsenvo
a) Equacionamento
max
)))((5(
dt
twtsendSR
b) Derivada do seno
c) Substituindo as informações na equação
sVfwSR /13..2.55
Então:
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5.4- Entrada em modo diferencial
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+Vcc
-VccV1
V2
Componentes de entrada em modo diferencial: sinais cuja origem são de fontes
distintas aplicadas às entradas V+ e V-. O ganho de modo comum é dado por:
Ad= ganho de tensão diferencial
)( VVVd
+Vcc
-VccVd
)( 12 VVVd
Tensão diferencial
5.4-Significado elétrico do modo diferencial
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http://www.smar.com/brasil/artigostecnicos/artigo.asp?id=166
B
-A
)( ABd VVV
A
“A” e “B” são os sinais sob análise de fontes distintas.Modo diferencial
)( VVVd
+Vcc
-VccV1
V2
+Vcc
-VccVd
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5.5- Entrada em modo comum
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Componentes de entrada em modo comum: sinal cuja origem é a mesma fonte. O ganho de
modo comum é dado por:
2
)( VV
Vc
2
)( 11 VVVc
+Vcc
-VccV1
+Vcc
-Vcc2
1V
21V
Ruído
Os ruídos não se somam.
Ruído
Ruído
5.6-Razão de rejeição de modo comum
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Razão de Rejeição de Modo Comum RRMC (CMRR – Common Mode Rejection Ratio):
expressa a capacidade do AmOp em rejeitar os sinais em modo comum.
O ganho de modo comum é dado por:
2
)(
VV
VA O
c
c
d
A
ARRMC
Quanto maior a RRMC
maior é a proximidade
com o AmOp ideal.
Equação Fundamental:
ccddO
cdO
VAVAV
VVAVVAV
2
)()( Onde:
Vd tensão modo diferencial
Vc tensão modo comum
Ad ganho diferencial
Ac ganho modo comum
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Exercício sobre RRMC
07 Jun 17 AT22- AmpOp Conceitos 33
1)Determine a tensão de saída se V+=150uV e V-=140uV. O amplificador tem um ganho
diferencial de Ad=4000 e o valor de RRMC é: a) 100 b)105
i)Tensão diferencial da entrada (Vd)
uVV
uuV
VVV
d
d
d
10
140150
)(
ii)Tensão modo comum (Vc)
uVV
uuV
VVV
c
c
c
145
2
140150
2
)(
iii)Cálculo do Ac
c
d
A
ARRMC
a)Para RRMC=100
40
4000100
c
c
A
A
b)Para RRMC=105
04,0100000
4000
4000105
c
c
A
A
mVuuVVO 8,45)145)(40()10)(4000(
a)Para RRMC=100
b)Para RRMC=105
mVuuVVO 006,40)145)(04,0()10)(4000(
iv)Tensão de saída (Vo)
ccddO
cdO
VAVAV
VVAVVAV
2
)()(
ccddO
cdO
VAVAV
VVAVVAV
2
)()(
Exercício sobre modo diferencial & comum
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3)Determine o ganho diferencial, de modo comum e o valor do RRMC para o AmpOp a seguir,
admitindo os resultados de Vo para a entrada diferencial em ‘a‘ e de modo comum em ‘b’:
2)Supondo o AmOp do exercício 1 como sendo ideal, qual é a tensão de saída?
(R:Vo=40mV)
‘a’ ‘b’
8000
)5,0(5,0
8
0
d
d
d
d
A
mmA
V
VA
12
2/)11(
12
0
c
c
c
c
A
mm
mA
V
VA
7,666
12/8000
RRMC
RRMC
A
ARRMC
c
d
i)Ganho diferencial ii)Ganho modo comum iii)RRMC
dBRRMC
RRMC
A
ARRMC
c
d
48,56
7,666log20
log20
10
10
iv)RRMC em dB