Amplificadores Operacionais e circuitos condicionadoresvalner.brusamarello/inst/aula_08_2014.pdf · Amplificadores operacionais – limitações Seja Vcc=5 V, R G =R F =100 k , R

CIRCUITOS DIVERSOS COM

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

Prof. Valner Brusamarello

Amplificadores operacionais – limitações

Seja Vcc=5 V, RG=RF=100 k, RL= 10 k

Observa-se que amplificadores operacionais de gerações mais antigas possuem um desempenho muito mais limitado que, por exemplo, o TLV2472 – geração mais moderna, o qual é denominado “rail to rail”. Esses amplificadores conseguem apresentar relação linear (comportamento próximo do ideal) mesmo próximo dos limites das tensões de alimentação do OPAMP.

Alimentação simples

Com projeto adequado é possível implementar um amplificador alimentado com uma bateria simples: 4 casos são possíveis:

Alimentação simples

Com projeto adequado é possível implementar um amplificador alimentado com uma bateria simples: 4 casos são possíveis:

OPAMP não ideal – compensação interna

Compensação interna é desejável porque torna a utilização do componente fácil e dispensa elementos externos.

A desvantagem é que a largura de banda é limitada por essa compensação.

Cada componente terá uma resposta diferente, a qual é fornecida pelo fabricante

OPAMP não ideal – compensação interna

TL07X Resposta em Frequência e tempo

OPAMP não ideal – compensação interna

TLV277X Resposta em Frequência e tempo

Amplificadores com realimentação de

corrente

Possui uma largura de banda maior e um slew rate mais rápido que os amplificadores com realimentação de tensão.

Geralmente amplificadores com realimentação em tensão são utilizados em aplicações em geral e para pequenos sinais, onde é necessário precisão. Os amplificadores com realimentação em corrente são geralmente restritos à aplicações em altas frequências.

Z(I) denota a transimpedância, a qual possui a mesma função que o ganho de tensão em um VFA.

Configuração não inversora

Se ZB=0

Se Z é muito

alto:

Configuração inversora

Se ZB=0 e Z é muito

alto:

Condicionadores – Fontes de corrente

Fonte de Corrente de Howland

O op-amp tenta manter as tensões em ambos os terminais iguais, assim o V– = V+. V1 é a tensão em R1, e I1 a corrente em R1. Então V2 = V4. Como I1 = I2 e R1 = R2, R3 = R4, V1 = V2 = V4.

V– = V+ = V1 - 5V

I3 = V+/R3 = (V1 - 5V)/R3

I4 = I3 + Iload

I4 = V4/R4 = V1/R3

V1/R3 = (V1 - 5V)/R3 + Iload

Iload = 5V / R3 = 1.67 mA

Condicionadores – Fontes de

corrente

Condicionadores – Fontes de tensão

Condicionadores – retificadores –

Condicionadores – Detector de pico

Amplificadores de instrumentação

Condicionadores – Amplificadores

Condicionadores – Amplificadores

Amplificadores choppers

Baixo drift (0.002μV/°C ) e baixo offset (bipolares dez. de V – chopers 0.x V)

Quando as chaves estão na posição Z, os capacitores C2 e C3 estão carregados com a tensão de offset de entrada e saída. Quando as chaves estão na posição S está na posição de sample (e as tensões de offset se anulam).

A frequência de chaveamento é de algumas centenas de Hz a alguns kHz

A f de entrada deve ser muito menor que a f do chopper.

R1 e C1 funcionam como filtro anti-aliasing

Amplificadores choppers

A estrutura de chopper utilizada mais frequentemente em OPAMPs é mostrada na figura abaixo, denominado de chopper estabilizado.

Não é tão limitado em frequência como a estrutura anterior por não apresentar o filtro RC na entrada.

Amplificador Lock in

Basicamente o amplificador lock in detecta pequenos sinais pelo método da demodulação síncrona. Sinais que não estão sincronizados com a referência são descartados.

O lock in pode ser dividido em 4 partes principais: um sinal, um sinal de referência, um misturador (principal – detector síncrono) e um amplificador com filtro passa baixas

Amplificador Lock in

O misturador ou detector síncrono é o coração do lock in.

O sinal de referência geralmente é uma onda quadrada.

Se o sinal de entrada e referência não estiverem em fase a saída do filtro (média DC) é zero (caso do ruído).

Observe que o detector síncrono é um detector de fase!!!!

Amplificador Lock in

Representação em blocos do sistema e novamente o resultado da modulação síncrona

Sinal e referência em quadratura produzem uma saída nula

Amplificador Lock in

Representação em blocos do sistema e novamente o resultado da modulação síncrona

Lockin - aplicações

Em sistemas nos quais é possível fazer uma excitação externa:

Circuitos em ponte

LVDT

Medição de resistência ou impedância (sistemas de medição de parâmetros eletroquímicos)

Lockin

Lockin

Lockin

Se aplicarmos um filtro passa baixas, apenas dois termos “sobrevivem”:

O termo DC do sinal e a componente do ruído na frequência próxima

da fcorte do PB

Podemos ainda ajustar a fase da referência: então

Finalmente: