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Eletrônica Analógica
Amplificadores Operacionais
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Amplificador operacional
2
Inicialmente os Amplificadores operacionais foram desenvolvidos visando a implementação de “operações matemáticas” sobre os sinais: – Multiplicação por constante (amplificação) – Soma ou subtração – Produto ou divisão – Integração ou diferenciação
Aplicação:
– Amplificadores em geral – Circuitos comparadores de nível – Osciladores – Filtros – Sensores – Amostradores e Retentores (sample & hold) – Conversores (ADC e DAC) – Outros...
3
Amplificador operacional
Circuito utilizando Amplificador Subtrator
Exemplo de Aplicação: Sistemas de Controle
Amplificador operacional
4
Características – Ganho elevado – Entrada na forma diferencial (amplifica a diferença entre os sinais de duas entradas) – Baixa impedância de saída e alta impedância de entrada – Emprega realimentação para determinar a relação entre a entrada e a saída (ganho)
Amplificador operacional
5
• Característica de transferência de Tensão do Amplificador operacional
Características Ideais dos Amplificadores Operacionais
Resistência de entrada Ri = ∞ Resistência de saída R0 = 0 Ganho de tensão AV = ∞ Largura de faixa BW = ∞ Tensão de saída V0 = 0 quando Vi = 0 Independente da temperatura
Amplificador operacional
6
Tensões e correntes terminais
Para uma análise dos amplificadores no modelo ideal, utilizaremos dois conceitos básicos:
1. As tensões do terminal positivo é igual á tensão do terminal negativo V+ = V_
2. As correntes de entrada dos terminais positivo e negativo são iguais a zero I+ = I_ =0
Amplificador operacional
7
Excursão máxima do sinal de saída (limitada a fonte de alimentação )
8
Amplificador operacional Configurações Básicas com Amplificadores Operacionais:
1. BUFFER 2. COMPARADOR 3. Amplificador INVERSOR 4. Amplificador NÃO INVERSOR 5. Amplificador SOMADOR INVERSOR 6. Amplificador SOMADOR NÃO INVERSOR 7. Amplificador SUBTRATOR 8. Amplificador de INSTRUMENTAÇÃO
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Amplificador operacional 1. BUFFER (CASADOR DE IMPEDÂNCIA, ISOLADOR)
0 iV V=
10
Amplificador operacional 2. COMPARADOR
Ve
Vt
Vm
Amplificador operacional
11
3 - AMPLIFICADOR INVERSOR
1 01
1 2
1 01
1 2
1
20
1
0/ 1 :
1 2
1 , 2
1 2
0:
.
V V e I IP ponto v temos
i chegam i sai i iV VVi Vi i
R RV VVi Vi i
R Rsendo que V V Vlogo temos que
RV ViR
+ − + −
+ −
= = =
= → =
−−= =
−− /= → =
= = =
= −
∑ ∑
12
Amplificador operacional 4 - AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR
1 01
1 2
1 01
1 2
1
20
1
0/ 1 :
1 2
01 , 2
1 2
:
1 .
V V e I IP ponto v temos
i chegam i sai i iV VVi i
R RV VVi i
R Rsendo que V V V Vilogo temos que
RV ViR
+ − + −
+ −
= = =
= → =
−−= =
−= → =
= = =
= +
∑ ∑
13
Amplificador operacional 5 - AMPLIFICADOR SOMADOR INVERSOR
1 2 3
01 21 2
1 2
1
0 1 21 2
0/ :
0, ,
0:
. . ... .
nn
n f
f f f
n
V V e I IP ponto V temos
i chegam i sai i i i iV VV Vi i i e i
R R R R
sendo que V V Vlogo temos que
R R RV V V Vn
R R R
+ − + −
−
+ −
= = =
= → + + =
−= = = =
= = =
= − + + +
∑ ∑
14
Amplificador operacional 6 - AMPLIFICADOR SOMADOR NÃO INVERSOR
1 2
1 21 2
1 1
1 2
1 2
1 1
1 2 ...
1 2
1 2
/ :...
, ,
... 0
... 0
, :
... 0...
n
nn
n
n
n
n
n
n
n
P ponto V temosi chegam i sai i i i i
V V V V V Vi i iR R R
i i i iV V V V V V
R R Rpara R R R R temosV V V V V V
V V VVn
+
+ + +
+ + +
= =
+ + +
+
= → + + + =
− − −= = =
+ + + = =
− − −+ + + =
= =
− + − + + − =+ + +
=
∑ ∑
15
Amplificador operacional 6 - AMPLIFICADOR SOMADOR NÃO INVERSOR
( )
0
0
1 20
1 20
/ :
. ( )
0 .
, :....
...1 .
a
f a
a f
a
a f f a
a n
f a
f
P ponto V temosRV V por divisor detensão
R R
ou pela i chegam i sai i i
V V Vo RV VR R R R
sendoque V V temos queR V V VV
R R n
R V V VnV
R n
−
−
+
− −−
+
+ −
+
=
= → =
− −= → =
=+ + +
=
+ + + = +
∑ ∑
16
Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR
Efeito de Vi1
Análise por Superposição
Efeito de Vi2
17
Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR
Efeito de Vi1
3 4
1 2
1 01
1 2
1 01
1 2
201 1
1
/ :0, 0 0
log , 0/ :
, :0 0
.
P ponto V temosas correntes i i e i
o VP ponto V temos
i chegam i sai i i
vi V V vR R
sendoque V V temos quevi v
R RRv viR
+
+
+
−
− −
+ −
= = =
=
= → =
− −=
=− −
=
= −
∑ ∑
18
Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR
Efeito de Vi2
102
1 2
42
3 4
4 12 02
3 4 1 2
2 4 1 3
402 2
1
/ :
.
/ :
.
, :
. .
, :
.
P ponto V temosRV V
R RP ponto V temos
RV ViR R
Como V V entãoR RVi V
R R R Re utilizando R = R e R = R teremos que
RV ViR
−
−
+
+
+ −
=+
=+
=
=+ +
=
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Amplificador operacional 7 - AMPLIFICADOR SUBTRATOR
Assim, a saída 0 01 02V V V= +
( )
0 01 02
2 401 1 02 2
1 1
2 4 1 3
20 2 1
1
. .
:
.
V V V
R RV Vi e V ViR R
Lembrando que R = R e R = RRV Vi ViR
= +
= − =
= −
20
Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
1
2 12
V VR−
21
Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
( )
3
40 2 1
3
:, :
.
Analisandooampop ALembrando da análisedo subtrator temos
RV v vR
= −
22
Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
( )
2 1
1
2
1
2 1
2 1
2 1 2
( ) 1ª ::
, 1:
, 2:
2 12
, :. 2
Para determinar v v dada pela equaçãoAnalisandooampop AV V entãoV VAnalisandooampop AV V entãoV VAssimtemos
V ViR
Comoatensãode v v é a diferença detensãodo ponto v até v temosv v R i
+ − −
+ − −
−
= =
= =
−=
−
− = + 1 2 2 1. . 2 . 2 .R i R i R i R i+ = +
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Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
( ) ( )
( )
( )
2 1 2 1 2 2 1
2 1 2 11 1
2 1
2 1
3
40 2 1
3
40
3
. 2 . . 2 . 2 .
2 1 2 12 22 2
2 2 1 2 11
2 1 . 2 11
( ) :
. , :
2. 1 .1
v v R i R i R i R i R i
V V V Vv v R RR R
Rv v V V V VRRv v V VR
Lembrandodaequaçãodoampop A subtratorRV v v temosRR RV VR R
− = + + = +
− −− = +
− = − + −
− = + −
= −
= +
( )2 1V−
24
Amplificador operacional 8 - AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
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Amplificador operacional
26
Amplificador operacional
Alimentação (Vcc) sempre simétrica. Não se utiliza como comparador com 0V.