23/09/2014 1 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 1. 1. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 2. 2. AMPLIFICADOR OPERACIONAL AMPLIFICADOR OPERACIONAL 3. 3. ASPECTOS DO AMP ASPECTOS DO AMP-OP OP 4 FUNCIONAMENTO FUNCIONAMENTO 4. 4. FUNCIONAMENTO FUNCIONAMENTO 5. 5. ESTÁGIOS DO AMP ESTÁGIOS DO AMP-OP OP 6. 6. CIRCUITOS LINEARES CIRCUITOS LINEARES 7. 7. CIRCUITOS NÃO LINEARES CIRCUITOS NÃO LINEARES 23/09/2014 2 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 23/09/2014 3 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1 • Circuito que apresenta, em sua saída, um sinal que representa a diferença amplificada das suas duas entradas. Definição A V I1 V I2 V O1 V O2 input output 23/09/2014 4 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1 • O amplificador diferencial requer alimentação simétrica. • Uma tensão de 0V é o centro da faixa de tensão do amplificador diferencial. +V Alimentação simétrica +V CC –V CC A V I1 V I2 V O1 V O2 input output 23/09/2014 5 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1 A V I1 V I2 V O1 V O2 V I = V I1 – V I2 V V V Ganho de tensão Se V I1 = V I2 então V O =0V V I1 : Entrada não inversora (+) V I2 : Entrada inversora (–) V I V I1 V I2 V O =V O1 –V O2 V O =A V V I 1 2 1 2 I I O O V V V V V A I O V V V A 23/09/2014 6
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Transcript
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AMPLIFICADORES OPERACIONAIS
1.1. AMPLIFICADOR DIFERENCIALAMPLIFICADOR DIFERENCIAL2.2. AMPLIFICADOR OPERACIONALAMPLIFICADOR OPERACIONAL3.3. ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP44 FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO4.4. FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO5.5. ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP6.6. CIRCUITOS LINEARESCIRCUITOS LINEARES7.7. CIRCUITOS NÃO LINEARESCIRCUITOS NÃO LINEARES
ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP OPOPASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
1. Saturação
2. Ganho de Tensão em Malha Aberta
3. Ganho de Tensão em Malha Fechada
4. Ganho Diferencial
5. Ganho em Modo Comum 8 Largura de Banda
Ítens
6. CMRR
7. Tensão de Off-Set
8. Largura de Banda
9. Taxa de Renovação
10.Distorção Não-Linear
11.Corrente de Curto-circuito
12.Corrente de Cauda
13.Corrente de Compensação
14.Corrente CC de Entrada
15.Impedância de Entrada23/09/2014 29
ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• A máxima tensão de pico de saída |VOUT| encontra-se um pouco abaixo da tensão de alimentação |VCC|.
• Se a entrada tentar levar a saída a um nível superiorao máximo, o amp-op satura.
1 – Saturação
ao máximo, o amp op satura.
– Saturação positiva VOUT =VSAT+
– Saturação negativa VOUT =VSAT-
• Sem off-set: |VSAT+| = |VSAT-|
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP31 – Saturação
t
Tensão de saturação positiva VOUT
VIN +VCC
t
Tensão de saturação negativa
-VCC
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• AVO
• Open Mesh
• Sem realimentação negativa.
• A tensão de saída é a diferença entre as tensõesde entrada (+) e (–) multiplicada por AVO.
2 – Ganho de Tensão em Malha Aberta
VOOUT AVVV
( ) ( ) p p VO
• AVO é muito elevado e definido pelo fabricante.
• A topologia de malha aberta é pouco usadaporque provoca a saturação do amp-op devidoao alto AVO, a menos que a diferença entre asentradas seja muito baixa.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• AVO é muito sensível à:
– Temperatura.
– Variações aleatórias entre os chips.
2 – Ganho de Tensão em Malha Aberta
ç p
• A tensão de saída em malha aberta é maisdependente da temperatura e das variações aleatóriasentre os chips do que da tensão de entrada.
VOOUT AVVV 23/09/2014 33
ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• AV
• Com realimentação negativa.
• A realimentação diminui o ganho.
• Como AVO é muito elevado, o ganho delh f h d A é t t l t
3 – Ganho de Tensão em Malha Fechada
malha fechada AV é quase totalmentedeterminado pela realimentação.
• A realimentação negativa é obtida pormeio do retorno de parte do sinal desaída na entrada inversora.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• Como AV é quase totalmente determinadopela realimentação o efeito datemperatura e das variações aleatórias
3 – Ganho de Tensão em Malha Fechada
entre os chips são desprezíveis.
• A tensão de saída é proporcional à tensãode entrada.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
OUTVD VV
VA
4 – Ganho Diferencial
e
CVD r
RA
VV
'2
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• ACM
• Modo Comum (Common Mode)
• O sinal alimenta as duas entradas igualmente.
5 – Ganho em Modo Comum
E
CCM R
RA
2
• As interferências e demais sinais indesejáveis estimulam ocircuito em modo comum.
• Quanto menor for, ACM mais imunidade terá o sinal de saída.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• Idealmente, ACM=0, as duas entradas são amplificadasigualmente a diferença entre elas não é amplificada
5 – Ganho em Modo Comum
igualmente, a diferença entre elas não é amplificada.
• O Amp-Op ideal é imune a ruídos.
E
CCM R
RA
2
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• CMRR – Common-Mode Rejection Ratio
• Os níveis absolutos de tensão entre entrada e saídanão devem interferir na tensão de saída, apenas adiferença entre os níveis nas duas entradas.
6 – Taxa de Rejeição em Modo Comum
• Devido a imperfeições no amplificador diferencial quecompõe o estágio de entrada do Amp-Op, os níveisabsolutos de tensão na entrada interferem na saída.
• Quanto maior o CMRR, melhor é o Amp-Op
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• Relaciona o Ganho Diferencial com oGanho em Modo Comum.
• O ganho diferencial deve ser alto, oganho em modo comum deve ser baixo.
6 – Taxa de Rejeição em Modo Comum
A CR
CM
VD
A
ACMRR
e
E
E
C
e
C
MC
VD
r
R
RRr
A
ACMRR
'2
'2
CMRRCMRR log20'
:dB em CMRR
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP36 – Taxa de Rejeição em Modo Comum
• Para aumentar CMRR, deve-se aumentar RE.
• Sugestão: Trocar RE por uma fonte de corrente de valor IT.
• Fonte de corrente possui impedância infinita.
• Obtenção da fonte de corrente: Espelho de corrente.
RE IE
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
VOOUT AVVV
• Voffset: Tensão entre V+ e V– tal que VOUT = 0.
• Voffset pode não ser nulo devido a imperfeições noamplificador diferencial que compõe o estágio de
7 – Tensão de Off Set
entrada do amp-op.
• Problemas gerados por Voffset :
– Devido ao elevado AVO, a saída em malha abertasempre está saturada, ainda que as duasentradas estejam em curto-circuito.
– Em malha fechada, se o sinal de entrada formuito baixo, Voffset pode provocar um grande erro.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP3
• A largura de banda finita limita a aplicação doamp-op em altas freqüências por causa do efeitoda transformação da realimentação negativa empositiva por meio da mudança de fase.
8 – Largura de Banda
p p ç
• Há defasagem entre VIN e VOUT.
• A defasagem pode provocar oscilação.
• A defasagem altera o nível de realimentação.
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ASPECTOS DO AMPASPECTOS DO AMP--OPOP38 – Largura de Banda
FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO4Espelho de Corrente na Cauda
RT
T
BEEECCT R
VVVI
T
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP5
ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP OPOPESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP5
1. Amplificador Diferencial
2. Amplificador de Tensão
Ítens
3. Amplificador de Saída
4. Espelhos de Corrente
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP51 – Amplificador Diferencial
• Amplificação bom baixo ruído
• Alta impedância de entradaAlta impedância de entrada
• Saída diferencial
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP51 – Amplificador Diferencial – Q1–7
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23/09/2014
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP51 – Amplificador Diferencial – Q1–7
• Q1–4: Estágio de entrada diferencial.
• Q5–7: Espelho de corrente.
Entrada DiferencialEspelho de Corrente
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• Pinos 1 e 3: Offset Null – Anulador de Offset.
• Usados para a colocação de resistores externos em paralelocom os dois resistores de 1 kΩ para o ajuste do balanceio doespelho de corrente Q5/Q6 e, desta forma, controlar a saída doamp-op quando um sinal nulo é aplicado entre as entradas.
ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP52 – Amplificador de Tensão
• Elevado ganho de tensão
• Saída única
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP53 – Amplificador de Saída
• Elevada capacidade de corrente
• Baixa impedância de saídaBaixa impedância de saída
• Proteção contra curto-circuito
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ESTÁGIOS DO AMPESTÁGIOS DO AMP--OPOP54 – Espelhos de Corrente
• Geralmente são 3 espelhos (2 PNP e 1 NPN).
• Produz cópias de uma corrente para outros ramos.