18Introduçao2aResumidoAmpOp (1)

Prévia do material em texto

IFBA 
CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica 
Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE 
 
Revisão 08/2022 
Amplificador Operacional 
Cap. 18 A 
Introdução 
Amp-Ops 
 A maioria são dispositivos de baixas potências de menos de 1 W; 
 Alguns Amp-Ops são fabricados otimizando: 
• largura de banda; 
• baixos offsets de entrada; 
• baixos ruídos. 
 São componentes ativos básicos com os quais podemos construir conversores de 
formas de onda, osciladores, filtros ativos e outros circuitos. 
Estrutura básica de Amp-Op 
 Como o Amp-Dif é o primeiro estágio, ele determina as características de entrada. 
Amp-Ops 
 Uma impedância de entrada maior pode ser obtida utilizado um Amp-Op 
BIFET; 
 Que incorpora JFETs e TBJs no mesmo chip; 
 Os JFETs para estágios de entrada para menores correntes de polarização e de 
offset de entrada; 
 Os TBJs para os estágios posteriores para um maior ganho de tensão. 
Circuito Equivalente de um Amp-Op 
Amp-Ops 
Comparação de dois Amp-Ops e um Amp. Ideal 
 LF157 é um exemplo de um Amp-Op BIFET. 
Amp-Op 741 
Encapsulamentos 
 O LM741C é um Amp-Op padrão comercializado desde da década de 1960, 
sendo o mais barato e mais usado; 
 O 741 tem diferentes versões numeradas como 741, 741A, 741C, 741E e 741N; 
 As diferenças entre elas estão no ganho de tensão, na faixa de temperatura, no 
nível de ruído e em outras características; 
 Por ser um padrão, usaremos o 741 como dispositivo básico em nossas 
discussões; 
Amp-Op 741 
 Estágio de entrada é Q1 e Q2; 
 Q14 é uma fonte de corrente, 
substitui RE; 
 R2 , Q13 e Q14 - espelho de corrente; 
 Q4 - carga ativa, corresponde a 
 RC, atua como fonte de corrente, 
com uma impedância muito alta. 
 Por isso o ganho de tensão é 
maior; 
 
 
Amp. Intermediários 
 O sinal amplificado do Amp-Dif aciona a base de Q5, que é um seguidor de emissor. 
 Esse estágio aumenta a impedância para evitar uma queda no sinal por efeito de 
carga; 
 Q11 é um resistor de carga ativa para Q6, portanto, Q6 e Q11 são como um estágio EC. 
Amp-Dif na Entrada 
Amp-Op 741 
 Os diodos Q7 e Q8 são parte da polarização do dois seguidores de tensão; 
 
 O sinal amplificado sai do estágio EC (Q6) e vai para o estágio final, o qual é um 
seguidor de emissor push-pull classe B (Q9 e Q10); 
Estágio Final 
 Devido à fonte ser dividida, 
a saída quiescente é idealmente 
0V quando a tensão de entrada 
é zero; 
 
 Qualquer desvio do 0 V é 
denominado tensão de erro de 
saída. 
Idealmente os picos na tensão 
CA de saída são estabelecidos 
por + VCC e – VEE. 
Amp-Op 741 
 A compensação de frequência é feita através de um pequeno capacitor Cc, como foi 
mostrado no circuito anterior, devido o efeito Miller, ele corresponde uma capacitância 
equivalente muito maior na entrada. 
 
 
 
 A resistência vista pela capacitância Miller é a impedância de saída do Amp-Dif. 
 Portanto, temos um circuito de atraso que produz uma frequência de corte de 10 Hz 
para um 741. 
Compensação de Frequência 
Amp-Op 741 
 Conforme discutido anteriormente um Amp-
Op tem polarização de entrada e offsets que 
produz um erro de saída quando não existe sinal 
na entrada; 
 O erro devido a corrente de polarização pode 
ser eliminado usando dois resistores de base 
iguais; 
 O erro devido a corrente e tensão de offset 
pode ser eliminado utilizando um potenciômetro 
quando no CI existe um circuito interno para 
esse fim; 
Polarização e Offsets 
 Ou quando não existe, aplicando uma pequena tensão oposta na entrada para cancelar 
a saída; 
 O circuito interno também minimiza o drift térmico, que é uma variação lenta na 
tensão de saída causada pela variação de temperatura. 
Amp-Op 741 
 Uma CMRR de 90 dB significa que o sinal desejado é 30.000 vezes maior que o 
sinal de modo comum; 
Saída de Pico a Pico Máxima (MPP) 
 A tensão vout de um Amp-Op pode variar aproximadamente de +VCC até –VEE, 
antes que o ceifamento ocorra; 
 Como o Amp Op não é ideal a saída não pode ter essa variação, porque existe uma 
pequena queda de tensão no seu estágio final. 
 Além disso, quando a resistência de carga não é grande em comparação com Rout, 
parte da tensão amplificada é retida nessa resistência, o que faz a tensão de saída ser 
menor. 
Razão de Rejeição em Modo Comum 
Corrente de Curto-Circuito 
 Em algumas aplicações, um Amp-Op pode acionar uma resistência de carga de 
aproximadamente zero. 
 Neste caso, precisamos saber o valor da corrente de curto-circuito 
 O que produz uma tensão de saída baixa. 
Amplificador Operacional 
Cap. 18 B 
Introdução 
Amp-Op 741 
Slew rate 
 O capacitor de compensação interno do 741 visto anteriormente evita 
oscilações que poderiam interferir no sinal desejado; 
 Porém existe uma desvantagem, ele precisa ser carregado e 
descarregado; 
Quando frequência de carga e descarga é muito alta não há tempo para o 
capacitor se descarregar totalmente para receber outra carga; 
Isso provoca uma distorção no sinal. Por exemplo, no caso de um sinal 
tipo degrau de tensão o canto é quebrado como mostra o desenha a seguir. 
 
 
 
A seguir veremos um parâmetro que permite comparar diferentes Amp 
Ops quanto a distorção, é uma taxa de velocidade do sinal dado em Volts 
por micro segundos (V/µs). 
Amp-Op 741 
Slew rate 
 A inclinação inicial da forma de onda exponencial é a Slew rate, que é a taxa de 
variação, dada por: 
 SR = ∆vout . 
 ∆t 
 Podemos também ter uma limitação de Slew rate com sinal senoidal; 
 Se a onda senoidal de saída for muito pequena ou a frequência for muito baixa, a 
Slew rate não será problema; 
 Mas quando o sinal for grande e a frequência alta, a Slew rate provocará uma 
distorção na saída, como podemos ver no desenho; 
 A maior frequência que pode ser amplificada sem distorção por Slew rate é dada por: 
 fmáx = SR . 
 2πVP 
 
 Para evitar distorção SS ≤ SR 
 
Onde, SS é igual a inclinação inicial 
Amplificador Não Inversor e Inversor 
 A realimentação negativa reduz o erro de saída porque o ganho diminui. 
Vout(off) ≈ AVOL (± V1erro ± V2erro ± V3erro) 
 Quando a realimentação negativa é usada: 
Vout(off) ≈ ± AV(CL) (± V1erro ± V2erro ± V3erro) 
 
V1erro = (RB1 – RB2)Iin(bias) Corrente de Polarização de Entrada; 
 
V2erro = (RB1 + RB2) Iin(off) Corrente de Offset de Entrada; 
 2 
V3erro = Vin(off) Tensão de Offset de Entrada; 
 Quando AV(CL) é pequeno o erro de saída 
total pode ser pequeno o suficiente para ser ignorado; 
 Caso contrário, será necessário um resistor de 
compensação e cancelamento de offset. 
RB2 = R1 || Rf 
Polarização e Offsets 
Amplificador Não Inversor e Inversor 
Tensão de Erro de Saída Reduz o MPP 
 MPP = a máxima tensão de pico a pico de saída sem ser ceifada; 
 
 A figura “b” mostra a tensão de saída sem ser ceifada e sem tensão de erro CC, 28V; 
 
 A figura “c” mostra um exemplo do que pode acontecer com a presença da tensão de 
erro CC na tensão de saída com uma redução na MPP. 
Amplificador Não Inversor ? 
Outros Parâmetros 
 A impedância de entrada em malha aberta é alta (2 MΩ para um 741C) para 
um Amp Op; 
 Com a malha fechada a impedância de entrada fica maior ainda; 
 
 A resistência de Thévenin vista pela entrada inversora é: 
RB2 = R1 || Rf 
 Portanto para compensar a corrente de polarização de entrada usamos na 
entrada não-inversora. 
 RB1 = RB2 
 
Amplificador Não Inversor e Inversor 
Largura de Banda 
 A largura de banda em malha aberta ou a frequência de corte de um Amp-Op é muito 
baixa por causa do capacitor de compensação interna; 
• Exemplo: f2(CL) = 10 Hz para 741C 
 Quando a realimentação é usada a Largura de Banda aumenta; 
 Quanto maior a realimentação negativa, menor o ganho e maior a frequência de corte 
em malha fechada. 
 
 f2(CL) = funitário. quando Av(CL) > 10 
 Av(CL) + 1 
 
 temos: f2(CL) = funitário . (sem inversão) 
 Av(CL) 
 
 funitário = Av(CL) f2(CL)