3 09 ET OUTROS COMPONENTES ANALÓGICOS

Prévia do material em texto

Eletrônica Básica 
Vinicius de Melo Puglia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
24 
 
 
3. OUTROS COMPONENTES ANALÓGICOS 
Apresentação 
Neste bloco veremos sobre os amplificadores operacionais. Desde sua aplicação, 
funcionalidade e os tipos usados atualmente. Passaremos também pelo 
funcionamento dos conversores eletrônicos, assim como o PWM, auxiliando a 
introdução destes componentes importantes no conhecimento do profissional da área. 
3.1. Amplificadores operacionais: Funcionamento 
Um amplificador operacional, como o nome já sugere, é um circuito integrado (CI) 
capaz de amplificar o sinal de entrada. Este amplificador é capaz de realizar operações 
aritméticas, seja subtração, adição, multiplicação, e também operações de maior 
complexidade como integral e derivada. 
A funcionalidade do amplificador operacional é acessível, com dois terminais de 
entrada, chamados terminais do inversor, identificados por um sinal negativo (-), o 
outro terminal é um não inversor, apontado por um sinal positivo (+), há também um 
terminal de saída e os outros dois terminais se divide em uma fonte de alimentação 
positiva (Vcc +) e o outro é uma fonte de alimentação negativa (Vcc -). Na imagem a 
seguir está ilustrado sua funcionalidade. 
Figura 3.1 - Ligação em um Amplificador Operacional 
 
Fonte: Eletrônica PT, S. D. 
, 
 
 
25 
 
Este amplificador é composto internamente por capacitores, resistores e transistores. 
Resumindo seu funcionamento, quando um sinal é aplicado à entrada não inversora, o 
sinal não é invertido e amplificado, mas quando um sinal específico é aplicado à 
entrada inversora, o sinal é amplificado e invertido. 
“O Amplificador possui duas entradas e uma saída, que possui um valor múltiplo da 
diferença entre as duas entradas. O fator A é o ganho de tensão do Amplificador 
Operacional, ou seja, a relação entre a tensão de entrada diferencial e a de saída do 
dispositivo.” WENDLING, (2010). 
A equação que descreve esse amplificador é dada por: 
 
3.2 Amplificadores operacionais: Aplicações 
Atualmente um dos amplificadores mais famosos e populares é o 741, que pode 
funcionar com transistores bipolares. A seguir está representado o Amplificador 741, 
evidenciando suas entradas e saídas. 
Figura 3.2 - Amplificador Operacional CI 741 
 
Fonte: Athos, S. D. 
, 
 
 
26 
 
Portanto, a tensão de saída do AmpOp depende da diferença de potencial entre as 
entradas positivas e negativas multiplicadas pelo ganho de malha aberta do 
amplificador, e a tensão máxima é a tensão de alimentação do amplificador. 
Subtraindo a tensão aplicada à entrada não inversora (+) da tensão aplicada à entrada 
inversora (-), a diferença entre as duas é amplificada em aproximadamente cem mil 
vezes, da qual se aproxima ganho de circuito. A equação que demonstra essa tensão 
de saída é: 
 
No momento em que o valor de saída está na faixa intermediaria ente V+ e V-, 
consideramos que está na região linear. De mesmo modo que, quando o valor de saída 
é igual a V + ou mesmo V-, tratamos na região de saturação. O gráfico a seguir 
exemplifica esta situação. 
Gráfico 3.1 - Região de saturação e linear no Amplificador Operacional 
 
Este amplificador tem diversas aplicações na montagem de circuitos eletrônicos, 
dentre eles podemos destacar: Amplificadores DC; Comparadores; Amplificadores 
Somadores; Mixers de Áudio; Integradores; Filtros ativos; Buffers; Circuitos Clipper 
Inversores; dentre outras aplicações. 
, 
 
 
27 
 
3.3 Conversores A/D e D/A 
Quando se trata de Conversor A/D, falamos da conversão analógica para digital, já com 
o Conversor D/A ocorre o inverso, a conversão digital para analógica. Geralmente 
usado para medição, monitoramento ou controle da grandeza analógica, da qual é 
realizada através do sistema digital. 
Fundamentalmente, esses componentes recebem um sinal analógico e o convertem 
em um sinal digital, e mutuamente da mesma forma, geralmente usando uma tensão 
de referência que deve ser fornecida ao conversor para aplicar um determinado fator 
de conversão. 
O conversor A/D converte o sinal analógico contínuo no tempo, em um sinal de 
amostragem discreto no tempo, que é quantizado em um número limitado de valores 
inteiros. Esta determinada pela resolução característica do conversor em bits seja em 
8, 10, 12, 16. Tendo, como exemplo, em um conversor de 8 bits, o sinal de entrada é 
convertido em amostras com valores entre 0 e 255. 
O sinal convertido pelo conversor A/D quase nunca é estabilizado diretamente dentro 
da faixa de tensão de entrada do conversor. Desse modo, ele necessita ser convertido 
de forma adequada. Geralmente, a tensão de entrada de um conversor A/D é dada 
como a tensão de alimentação do conversor. Para fazer esse ajuste, geralmente é 
necessário usar circuitos analógicos passivos ou ativos para o condicionamento do 
sinal. 
Logo, com a resolução do sinal, a entrada do conversor A/D amostrará periodicamente 
o sinal analógico e o manterá estável até que o próprio conversor possa convertê-lo 
em um sinal digital. Este circuito é conhecido como “Sample/Hold”. A imagem a seguir 
demonstra o funcionamento desse sistema. 
 
 
 
, 
 
 
28 
 
Figura 3.2 - Sistema Sample/Hold 
 
Fonte: PNG Wing, S.D. 
Ao nos referirmos ao conversor D/A, ele é composto por um acoplamento digital, que 
é construído a partir de sinais binários paralelos, que são gerados a partir de um 
sistema de processamento de sinais. O código binário é convertido em um sinal 
analógico equivalente por referência e, posteriormente, o sinal gerado pode ser 
passado por filtros e amplificadores. 
Eles são compostos de fontes de referência, componentes passivos, interruptores e 
AMOPs. A conversão geralmente é paralela e o tempo de conversão depende 
principalmente da velocidade dos componentes usados. 
Quanto à sua saída analógica, pode ser de tensão ou corrente, porém, boa parte dos 
conversores D/A têm sua saída no modo de tensão. Ele esquematiza o código binário 
de entrada para o valor analógico na saída de forma que este valor passe pelo segundo 
bloco e cada valor analógico seja armazenado no bloco até que a próximo código 
binário seja convertido. 
 
 
 
, 
 
 
29 
 
3.4 Exercícios de aplicação: circuito PWM 
A abreviatura PWM significa modulação por largura de pulso. A tecnologia PWM pode 
substituir outras tecnologias de controle de energia, como a tecnologia liga/desliga, 
modulação de frequência ou mesmo a tecnologia de uso de resistores variáveis em 
série. 
“Com o PWM é possível controlar a tensão e corrente fornecidas à uma carga, ao ligar 
e desligar (chavear) o fornecimento de energia entre a fonte e a carga em uma taxa 
muito rápida. Quanto mais tempo a alimentação permanece ligada, em comparação 
com o tempo desligada, maior a quantidade total de potência fornecida à carga” (REIS, 
2017). 
Suponhamos uma simples chave: 100% da tensão e da potência são aplicados à carga, 
quando a chave está desligada, a tensão é zero, logicamente sua potência também. Já 
ao controlarmos o tempo de ativação da chave, assim como o seu período desativado, 
podemos controlar a potência média entregue a ela. Em outras palavras, acompanhe o 
exemplo: O switch fica em 50% ativado e 50% desativado, o que significa que, em 
média, temos 50% do tempo com passagem de corrente e 50% do tempo sem a sua 
passagem. Deste modo, a potência média aplicada à carga é a própria tensão média, 
ou seja, 50%. Logo, quanto mais tempo na maior a potência conectada à carga, menor 
será o tempo de operação. 
Levando em conta a onda quadrada, para que o PWM funcione normalmente, 
devemos alterar a largura de pulso da onda para calcular dois parâmetros, o período e 
a própria largura de pulso, conhecido como duty-cicle, definidos em porcentagem de 
acordo com a seguinte fórmula: 
 
 
 
, 
 
 
30 
 
No qual: 
 Duty-Cycle: Valores em (%) 
 Largura do pulso: Tempo em que o sinal está ligado. Período: Tempo de um ciclo da onda. Considerando ao período da onda ligado 
somado ao período ligado. 
Exercício de aplicação: 
Considerando a onda a seguir, calcularemos o seu duty-cicle (ciclo de trabalho): 
 
Duty-Cicle = 100. 
15
15+4
 
Duty-Cicle = 100. 0,79 
Duty-Cicle = 79% 
Para calcularmos a sua tensão média, usamos a seguinte fórmula: 
 Tensão Média = Tensão inicial . Duty-Cicle 
Portanto: 
Tensão Média = 12v . 79% 
Tensão Média = 9,5 v 
, 
 
 
31 
 
 
3.5 Utilização do simulador 
No universo da eletrônica, temos uma variedade de simuladores que podem atender 
necessidades específicas. Um dos mais conhecidos e simples para trabalhar é o 
Proteus. Software utilizado para a criação de projetos eletrônicos, composto por um 
conjunto de ferramentas, incluindo módulos de captura esquemática, simulação e 
design de placas de circuito impresso (PCB), que são principalmente utilizados para 
projetos de circuitos integrados. Este software é usado principalmente por 
engenheiros e técnicos de projeto eletrônico para criar esquemas e impressões 
eletrônicas para fabricação de PCB. Veja imagem a seguir de um PCB impresso via 
programação Proteus. 
Figura 3.3 - Placa de Circuito Impresso (PCB) 
 
Fonte: AJP Eletro Info, S.D. 
, 
 
 
32 
 
O Proteus Design Suite é uma propriedade do Windows utilizado na captura 
esquemática, simulação, e design de layout de PCBs. Pode ser obtido em muitas 
configurações, dependendo do tamanho dos projetos que estão sendo produzidos e 
dos requisitos para a simulação do circuito. Todos os produtos de projeto de PCB 
incluem um autorroteador e capacidades básicas de simulação SPICE em modo misto. 
Este software é amplamente utilizado para simulação de circuitos digitais e circuitos 
utilizando microcontroladores, podendo também ser utilizado para simulação de 
circuitos analógicos, com resultados satisfatórios. 
Conclusão 
Estudamos, neste bloco, os amplificadores operacionais, responsáveis por amplificar o 
sinal de entrada no circuito, podendo também realizar quatro operações aritmética, 
além de operações como integrais e derivadas. 
Nesse bloco, vimos também a respeito dos conversores, tanto analógico digital quanto 
o caminho inverso. Onde há uma mudança de sinal (onda), para servir ao uso 
adequado de determinado circuito. 
REFERÊNCIAS 
AJP ELETRO INFO. Placas de circuito impresso (PCBs), tudo que você precisa saber. 
2020. Disponível em: . Acesso em: 06 dez. 2020. 
ATHOS. Amplificador Operacional: O que é e como funciona. Disponível em: 
 Acesso em: 17 nov. 2020 
ELETRÔNICA PT. Amplificador Operacional. S.D. Disponível em: 
 Acesso em: 17 
nov. 2020. 
PNG Wing. Sample and hold Sampling Zero-order hold First-order hold Digital-to-
analog converter. Disponível em: . 
Acesso em: 16 nov. 2020.