Amplificador Operacional

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Amplificador Operacional
Eletrônica Analógica 2
Gustavo Brito de Lima
Faculdade de Engenharia Elétrica
Universidade Federal de Uberlândia
Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
Disciplina – Eletrônica Analógica II
Introdução – Conceitos e características importantes referente a amplificadores operacionais
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Tópicos Abordados nesta aula
Visão geral do Amplificador Operacional (Amp. Op.)
Amplificador Operacional 741
O Amplificador no modo diferencial
O Amplificador Inversor
Resposta em frequência
Polarização e offset
Slew rate
O Amplificador Não Inversor
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O Amplificador Operacional
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O Amplificador em Modo Diferencial
AVOL = Open loop voltage gain
v1 = Voltage at inverting input
v2 = Voltage at non-inverting input
VCC = Positive Power Supply
-VEE = Negative Power Supply
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O Amplificador Operacional 741
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O Amplificador Inversor
O amplificador inversor utiliza realimentação negativa para estabilizar o ganho de tensão.
Normalmente o ganho de tensão em malha aberta é muito alto, em torno de 100.000, o que é inútil para a maioria das aplicações.
A tensão de saída é invertida com relação à entrada, uma vez que o sinal é aplicado na porta inversora.
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O Amplificador Inversor
Para simplificar a análise do AO pode-se considerar que a impedância de entrada é infinita, bem como o ganho em malha aberta.
Dessa forma:
i2 = 0, desde que a resistência interna seja infinita
V2 = 0, desde que o ganho seja infinito
Curto-circuito virtual
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O Amplificador Inversor – Cálculo do Ganho A V(CL)
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O Amplificador Inversor – Impedância de Entrada
A impedância de entrada (impedância vista pela fonte) pode ser facilmente encontrada utilizando o curto-circuito virtual.
No caso do Amplificador Inversor: Zin(CL) = R1
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Reposta em Frequência
A largura de banda (bandwidth) é a frequência a partir da qual o ganho do AO começa a decrescer.
Em malha aberta a frequência de corte gira em torno de 10 Hz.
A frequência de ganho unitário ocorre quando o ganho é 0 db.
Largura banda
Frequência ganho unitário
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
Em função do capacitor interno do AO sua largura de banda em malha aberta é muito baixa (por volta de 10 Hz)
Quando se utiliza a realimentação negativa largura de banda aumenta, respeitando a relação chamada produto ganho-largura de banda (GBW)
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
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O Amplificador Inversor – Resposta em Frequência
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Exemplo
Dado o circuito abaixo calcule:
O ganho em malha fechada (AV) e a largura de banda.
Plote o diagrama de Bode desse circuito. Considere o amp como sendo o LM741 (GBW = 1 MHz)
Qual	o	ganho	desse	circuito	se	aplicado	um	sinal	com frequência de 1 kHz e 200 kHz?
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A realimentação negativa reduz o erro de saída provocado por:
corrente de polarização de entrada (Iin(bias))  Verro1 
corrente de offset de entrada (Iin(off))  Verro2
tensão de offset de entrada (Vin(off))  Verro3
Em malha aberta:
Em malha fechada:
Verro  AVOL Verro1 Verro2 Verro3 
Verro  AVCL Verro1 Verro2 Verro3 
Polarização e Offset
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Polarização e Offset
Quando	o	ganho	 AV em malha fechada é	reduzido,	o	erro	de	tensão	é suficientemente para ser ignorado.
Caso	ainda	persista	offset	 na	 tensão	de	saída	é possível utilizar um resistor (RB2) conectado na porta não inversora (+) de modo a anular o offset
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Anulação do offset da tensão de saída
O datasheet do 741 recomenda a utilização do circuito abaixo para eliminar o offset da tensão de saída.
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Slew rate é a taxa em que a tensão de saída pode variar sem causar distorção no sinal. 
No 741 o Slew Rate (SR) é igual a 0.5 V/µs.
Slew Rate
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É desejável calcular a relação entre o slew rate do AO (SR) com a amplitude (VP) e frequência (f) do sinal de saída.
Considerando um sinal senoidal Vout, pode-se calcular a variação máxima (SS) através da sua derivada:
Esta condição (variação máxima do sinal de saída menor que o slew rate do AO) garante que não haverá distorção no sinal de saída
Slew Rate
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Slew Rate
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Exemplo
Considerando um sinal senoidal de entrada com 10 mV de amplitude, determine qual sua frequência máxima para que não ocorra distorção na saída quando este sinal é amplificado através do 741, cujo slew rate seja igual a 0.5 μV/s e ganho Av = 10. 
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O Amplificador Não Inversor
O amplificador não inversor também utiliza realimentação negativa para estabilizar o ganho de tensão através de um dividor de tensão na saída.
Se por algum motivo a tensão de saída tender a aumentar, mais tensão é realimentada na porta inversora, reduzindo a tensão de saída e estabilizando o ganho.
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O Amplificador Não Inversor
Cálculo do Ganho
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Exemplo
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Próxima Aula
Circuitos lineares utilizando AO’s
Circuito somador
Circuito subtrator
Circuitos de controle de ganho.
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Referências desta aula
Complementar
Avançada
Básica
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