Amplificadores

Operacionais

Nome: Dionatas Lopes

Turma: 3eet

Professor: Edison Gonalves Soares

Introduo

Aproximadamente 1/3 dos CIs lineares so Amplificadores Operacionais (AmpOp). Isso decorre da necessidade de se ter um circuito amplificador de fcil construo e controle, e de boa qualidade. O Amplificador Operacional um componente ativo usado na realizao de operaes aritmticas envolvendo sinais analgicos. Os AmpOp so amplificadores que trabalham com tenso contnua to bem como com tenso alternada. As suas principais caractersticas so:

-Alta impedncia de entrada

-Baixa impedncia de sada

-Alto ganho

-Possibilidade de operar como amplificador diferencial

O que um amplificador operacional ?

um circuito integrado com caractersticas muito particulares , entre as quais se

destacam as seguites: um amplificador de corrente continua, diferencial, com ganho

de tensao muitssimo elevado (por exemplo, 100 000), com elecada resistencia de

entrada (por exemplo, 2 Mhom), com baixa resistencia de sada (por exemplo, 75

hom).

Normalmente, este componente usado com outros, por vezes apenas dois (por

exemplo, 2 resistores). Existe uma enorma variedade de circuitos, com

funcionamentos muito diversos, que possvel construir com um amplificador

operacional.

Onde usamos ?

circuitos lineares :

amplificador de tenso no inversor

seguidor de tenso

amplificador de transcondutncia (ou conversor tenso-corrente)

amplificador de transresistncia (ou conversor corrente-tenso)

amplificador de corrente

filtros ativos (passa-baixo, passa-alto, passa-banda, elimina-banda)

circuitos no lineares :

comparadores de tenso regenerativos e no regenerativos

retificadores de preciso

limitadores

conversores analgico-digitais e digital-analgicos

circuitos operativos (lineares e no lineares):

somador, subtrator, derivador, integrador

Operaes dos Amplificadores Operacionais

- Soma

- Diferena

- Integrao

- Logaritmo

Caractersticas AmpOp

Ganho a: ideal infinita. Na prtica, so usados valores na ordem dos 200 000. Impedncia de entrada: ideal infinita. Na prtica, valores so possveis valores na ordem dos 10 M (significa que o amplificador no consome corrente pelas entradas). Impedncia de sada: ideal nula. Na prtica, so usados valores na ordem dos 75 , o que significa uma ausncia de queda de tenso interna na sada. Resposta de frequncia: ideal de 0 ao infinito. Na prtica escolhem-se tipos com resposta bastante acima da frequncia na qual iro operar para dar uma aproximao do ideal. Relao de rejeio em modo comum: este parmetro provavelmente mais conhecido pela sigla inglesa CMRR (common mode rejection ratio). Conforme igualdade I.1, um amplificador operacional ideal tem sada nula se as entradas so iguais. Nos circuitos prticos, h sempre uma pequena sada com as entradas iguais, condio esta chamada de modo comum. A condio usual, isto , com tenses de entrada diferentes, chamada modo diferencial. E o parmetro dado pela relao, expressa em decibis, dos ganhos em ambas condies CMRR = 20 log (ganho modo diferencial / ganho modo comum). Um circuito ideal teria CMRR infinito.

Smbolo

Um amplificador analgico sempre representado como um tringulo em que um dos vrtices a sada. O grfico mostra o diagrama esquemtico de um Amplificador Operacional com seu modelo mais usual. +VCC e -VCC so as tenses de alimentao do amplificador operacional Alguns amplificadores operacionais tambm podem ser alimentados com +VCC e 0V A tenso de sada, VO, est limitada pelas tenses de alimentao (neste caso, VO [-VCC, +VCC]) Os amplificadores operacionais amplificam a diferena de tenso aplicada nas entradas V+ e V- VO=A(V

+-V-) onde A representa o ganho de tenso do amplificador. O ganho pode atingir valores da ordem 105 a 106.

Amplificador Operacional Ideal

Para um amplificador operacional ideal considera-se que : Ri = Correntes nulas nas entradas V

+ e V- RO = 0 tenso de sada, VO, no depende da carga A = Zona Linear quando V D = 0 V

+ = V- Nas zonas de saturao verifica-se VD > 0 ou V

+ > V- VO = +VCC(sat. positiva) VD < 0 ou V

+ < V- VO = VCC(sat. negativa)

seguidor de tenso (caracterstica ideal)

Considerando que o amplificador operacional ideal tem-se V+ = V na zona linear Por anlise do circuito verifica-se que V+ = VIN e V

= VOUT resultando VOUT = VIN

Seguidor de Tenso (caracterstica real)

No AmpOp verifica-se que Vout = A(V+ - V-)

Para esta montagem obtm-se VOUT =A(VIN - VOUT)

VOUT =

A

VIN

A + 1

Como A muito elevado VOUT VIN Para que um amplificador funcione na zona linear, indispensvel que esteja realimentado negativamente VOUT ligado a V

-, direta ou indiretamente)

Montagem Inversora

A polaridade do sinal de sada oposta do sinal de entrada. A configurao bsica de um amplificador operacional inversor mostrada na figura 3.

Frmula 3

Ganho do amplificador inversor:

Onde: G o ganho

R1 e R2 so as resistncias em ?

Seguidor de tenso

O seguidor de tenso uma configurao especial onde R1 e R2 so nulos (zero). Essa configurao tem um ganho de tenso unitrio (1), conforme mostra a figura 4.

Montagem No Inversora

Na configurao de amplificador no inversor, mostrada na figura 1, a fase do sinal de sada a mesma do sinal de entrada. O ganho determinado pelo resistor de realimentao. As frmulas dadas a seguir so usadas para determinar esse ganho.

Frmula 1

Ganho:

Onde: G o ganho

R1 e R2 so as resistncias em ohms (?)

Frmula 2

Ganho de tenso:

Onde: Uout a tenso de sada em volts (V)

Uin a tenso de entrada em volts (V)

R1 e R2 so as resistncias em ? (?)

Obs.: A tenso de sada no pode exceder a tenso de alimentao.

Exemplo de Aplicao:No circuito mostrado na figura 2, R2 um resistor de 100 k? e R1 um resistor de 10 k? resistor. Determine o ganho.

Dados: R1 = 10 k?

R2 = 100 k?

G = ?

Aplicando a frmula 1:

Montagem somador

A configurao bsica de um amplificador somador usando um amplificador operacional mostrada na figura 5. A tenso de sada dada pela soma algbrica das tenses de entrada, multiplicada pela relao entre R2 e R1.

Frmula 4

Amplificador somador:

Amplificador Subtrator

No confundir com o diferenciador. O subtrator ou amplificador diferena produz uma tenso de sada que a diferena das tenses aplicadas em suas entradas. Essa configurao mostrada na figura 7.

Frmula 5

Subtrator:

Onde: Uout a tenso de sada em volts (V)

U1 e U2 so as tenses de entrada em volts (V)

R1 e R2 so os resistores em hom

Obs: a tenso de sada deve ser menor que a tenso de alimentao.

Amplificador Logartmico

Num amplificador logartmico, o ganho depende da tenso de entrada e da corrente de entrada. O circuito mostrado na figura 10 usa um transistor como elemento de realimentao varivel, determinado o ganho em funo da intensidade do sinal de entrada. As frmulas seguintes podem ser aplicadas no clculo desse circuito.

Frmula 8

Ganho de tenso:

Onde: Uout a tenso de sada em volts (V)

Uin a tenso de entrada em volts (V)

Iin a corrente de entrada em ampres (A)

Iout a corrente de sada em ampres (A)

Formula 9

Corrente de entrada:

Onde: Iin a corrente de entrada em ampres (A)

Uin a tenso de entrada em volts (V)

R a resistncia em hom

Obs.: a tenso de sada no pode ultrapassar a tenso da fonte de alimentao. Para amplificadores operacionais comuns, o limite normalmente de 15 V.

Amplificador de Valor Absoluto

Nesse tipo de circuito a tenso de sada o valor absoluto da tenso de entrada multiplicado pelo ganho do circuito. O ganho depende da relao entre R2 e R1 de acordo com as seguintes frmulas. O circuito mostrado na figura 14.

Frmula 13

Amplificador de Valor Absoluto

Onde: G o ganho

Uout a tenso de sada em volts (V)

Uin a tenso de entrada em volts (V)

R1 e R2 so as resistncias em hom

Obs: a) Uout deve ser menor que a tenso de alimentao

b) R3 escolhido de acordo com a aplicao. Valores tpicos so: R3 = R1.

Voltmetro com Amplificador Operacional

Um voltmetro de baixa tenso e alta impedncia de entrada pode ser elaborado conforme mostra o

circuito da figura 15.

Frmula 14

Voltmetro de Alta Impedncia

Onde: Im a corrente que circula atravs do indicador em ampres (A)

Uin a tenso de entrada em volts (V)

R1 a resistncia em hom

Obs.: R2 o resistor limitador de corrente escolhido de acordo com o fundo de escala do instrumento.

Bibliografia

http://www.geocities.ws/jcc5000/oqueeampop.html

http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/73/37/

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-para-eletronica/4653-formulas-

para-amplificadores-operacionais-m251.html