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01/06/2017
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA 1 - ET74C
Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes
Aula 21 – Amplificador Operacional
Sem Realimentação
Curitiba, 02 de junho de 2017.
02 Jun 17 AT21- AmpOp sem realimentação 2
CONTEÚDO DA AULA
1. APRESENTAÇÃO – CIRCUITOS INTEGRADOS
2. FORMAS DE ALIMENTAÇÃO
3. OPERAÇÃO SEM REALIMENTAÇÃO
1. Comparador Não Inversor
2. Comparador Inversor
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Referencial para estudo
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1)Amplificadores
Operacionais
Antonio Pertence
Junior –
Makron Books
2)Cap 14 e 15 do Boylestad 3)Cap 2 do Sedra
1-Apresentação
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❖ Circuito Integrado (CI) Linear ou Analógico: produzem sinais contínuos em função
dos sinais que são aplicados nas suas entradas.
A função principal do CI analógico é a amplificação, destacando-se os
amplificadores operacionais .
❖Circuito Integrado Digital: suas funcionalidades são decorrentes da presença de
sinais lógicos ou estados lógicos, representados pelos níveis lógicos ‘0’ e ‘1’.
Sugestão para conhecimento sobre CIs: http://www.tecmundo.com.br/eletronica/45954-como-funciona-um-circuito-integrado-ilustracao-.htm
http://www.noginfo.com.br/arquivos/FC_Modulo_4.pdf
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1-Introdução
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Amplificador Operacional (AO ou AmpOp ou ampop)
Componente baseado na tecnologia dos circuitos integrados onde o fabricante
desenvolve um circuito complexo chamado amplificador diferencial na forma de um
circuito integrado [1].
São amplificadores de acoplamento direto, de elevado ganho, que usam a
realimentação para o controle de suas características. Atualmente são fundamentais na
construção de circuitos analógicos.
Foram projetados originalmente para executar operações matemáticas como:
*Adição *Subtração *Integração
*Multiplicação *Derivação
Por isso denominado como OPERACIONAL.
[1] Eng.: Roberto Bairros dos Santos. Amplificador Operacional Básico (apostila)
Exemplos de AmpOps comerciais populares: LM741, LM324, TL071
FURO PASSANTE TECNOLOGIA DE MONTAGEM SOBRE SUPERFÍCIE
1-Estrutura interna do AO - 741
02 Jun 17 AT21- AmpOp sem realimentação 6
A estrutura interna dos AmpOp’s é definida pela associação de componentes
eletrônicos: transistores, resistores, capacitores e diodos.
O diagrama eletrônico do amplificador operacional LM741 é indicado abaixo.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm741.pdf
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1-Encapsulamento
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Vista geral do CI com encapsulamento
DIP (dual in line package)
Posicionado sobre o
sulco do proto-board.
Marcas posição
Numeração da esquerda para
direita, ordem crescente, sen-
tido anti-horário.
Encapsulamento metálico (TO)
Encapsulamento plano (flat-pack)
1-Simbologia e pinagem
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1 e 5 ajuste da tensão de off-set
2 entrada inversora (V-)
3 entrada não inversora (V+)
4 alimentação negativa(-3 a -18/22Vcc)
6 saída (Vo)
7 alimentação positiva(+3 a +18/22Vcc)
8 NC (não conectado)
Símbolo simplificado
Subentende-se que os
terminais estão
conectados, inclusive o
da alimentação.
LM741
Consultar o respectivo datasheet para certificar-se da pinagem.
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1-Modelo elétrico
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MODELO ELÉTRICO
Av=ganho
Es=tensão de entrada
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS IDEAL REAL (741)
*Ganho em Malha aberta (A)
(sem realimentação).
*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
)( VVAV dO
Equação Fundamental:
Onde:
✓ Ad é o ganho diferencial em malha
aberta,
✓ V+: tensão no terminal não inversor
✓ V- :tensão no terminal inversor.
2.1-Alimentação simétrica
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Fonte DC 1
Fonte DC 2
Vai para termi-nal +Vcc do CI
Vai para termi-nal -Vcc do CI
A) duas fontes DC
+Vcc
-Vcc
-Vcc +Vcc
Ativação da operação em série:
escravo segue o mestre
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2.1-Alimentação simétrica
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b) Uma fonte DC + divisor resistivo
+Vcc
-VccVai para termi-nal - Vcc do CI
R
R
Vai para termi-nal +Vcc do CI
Fonte DC
- +
2.2- Alimentação assimétrica
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c) uma fonte DC + Rz +Zener
+Vcc
-Vcc
Por exemplo: 12V e (-) 5V6
Vai para termi-nal - Vcc do CI
R
Vai para termi-nal +Vcc do CI
Fonte DC
Vz
Z
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2.3-Alimentação unipolar
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Vai para termi-nal - Vcc do CI
Vai para termi-nal +Vcc do CI
Fonte DC
d) apenas uma fonte DC
+Vcc
-Vcc
2.4-Proteção da alimentação do AO
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Fonte DC 1
Fonte DC 2
Vai para termi-nal +Vcc do CI
Vai para termi-nal -Vcc do CI
2) Ruídos sinais indesejáveis que
podem ocasionar o mau funcionamento
do componente.
Para isso utiliza-se a inserção de
capacitores de passagem para as
correntes parasitas de elevada
frequência.
A sua fixação deve ser a mais próxima
possível do pino de alimentação do CI.
+Vcc
-Vcc
1) Inserção de diodos: proteção
na entrada da alimentação
inversão de polaridade.
Fonte DC 1
Fonte DC 2
+Vcc
-Vcc
0,1 microF
0,1 microF
Capacitor cerâmico de valor entre 100nF a
300nF ligados no pino de alimentação. Artigo
do Newton Braga
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3-Modos de Operação
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A-Sem realimentação:
Denominado também de operação em malha aberta ou laço
aberto e o ganho (ALA) do Amp-op é estipulado pelo fabricante,
onde não se tem o controle sobre o ganho.
Este tipo de operação é útil em circuitos comparadores.
B-Com realimentação – em malha fechada:
Uma amostra do sinal de saída é retornada para o circuito com a intenção de controle.
O ganho de tensão é controlado. Também chamado de malha fechada, laço fechado.
Realimentação Positiva o retorno do
sinal contribui ou aumenta o efeito da
tensão da entrada.
Realimentação Negativa o retorno do
sinal tem fase que se opõem ao efeito do
sinal da entrada.
R2= Rfeedback
3-Operação Sem Realimentação-Vout
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❖A tensão de saída (Vo, Vout) é sempre menor que a de alimentação, diferindo desta
por um valor V de 0,7V até 2V, que indica as quedas de tensão internas do AmpOp.
O limite superior é denominado de tensão de saturação positiva e o inferior tensão de
saturação negativa.
Output Swing é a excursão do sinal entre a saturação positiva e negativa.
Obs: Essa excursão não deve ser superior ao valor da tensão de alimentação do AO.
VVccVV satout
VVccVV satout
Circuitos que utilizam o AmpOp em malha aberta, ou seja, Av .
O valor da tensão de saída Vo é limitado apenas pela tensão de saturação do CI,
que depende da alimentação (Vcc).
Se a diferença entre os sinais for positiva, a tensão de saída será +Vsat, caso
contrário a saída será –Vsat.
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3-Operação Sem Realimentação-Vout
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A principal aplicação deste modo de operação é a comparação da intensidade de
um sinal de tensão com uma tensão de referência- Vref.
Nesta situação é denominado como:
-COMPARADOR INVERSOR=> sinal a ser
comparado é conectado no terminal
INVERSOR.
-COMPARADOR NÃO INVERSOR=>
sinal a ser comparado é conectado
no terminal NÃO INVERSOR.
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a) Vref=0V
Vref
b) Vref 0V
Vref
b) Vref 0V
a) Vref=0V
Vref
Vref
3-SEM REALIMENTAÇÃO-Resumo das topologias
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3.1-Comparador Não Inversor
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Vout
Vref
Vref=0V
+Vsat
-Vsat
VsatV
VinV
VVAV
O
O
dO
)0(
)(
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
VsatV
VinV
VVAV
O
O
dO
)0(
)(
3.1-Comparador Não Inversor
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Vout
Exemplo:
Característica de Transferência:
Vref
Vref=0V
+Vsat
-Vsat
0
0
VinseVsat
VinseVsatVO
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3.1-Comparador Não Inversor Vref≠0
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Característica de Transferência:
VrefVinseVsat
VrefVinseVsatVO
Vref
3.2-Comparador Inversor
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Vref
+Vsat
-Vsat
Vout
VsatV
VinV
VVAV
O
O
dO
)0(
)(
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
VsatV
VinV
VVAV
O
O
dO
))(0(
)(
Vref=0V
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3.1-Comparador Inversor
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Vref
0
0
VinseVsat
VinseVsatVO
Característica de Transferência:
Exemplo:
DETETOR DE PASSAGEM POR ZERO
+Vsat
-Vsat
Vout
3.2-Comparador Inversor Vref≠0
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Vref
VrefVinseVsat
VrefVinseVsatVO
Característica de Transferência:
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4-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)