Os nossos amigos AmPops

Amplificador Operacional

AmpOp 

Aproximadamente 1/3 dos CI’s lineares são Amplificadores Operacionais (AmpOp). Isso decorre da necessidade de se ter um circuito amplificador de fácil construção e controle, e de boa qualidade.
O Amplificador Operacional é um componente activo usado na realização de operações aritméticas envolvendo sinais analógicos.
Os Amp Op são amplificadores que trabalham com tensão contínua tão bem como com tensão alternada. As suas principais características são:

• Alta impedância de entrada
• Baixa impedância de saída
• Alto ganho
• Possibilidade de operar como amplificador diferencial

Operações dos Amplificadores Operacionais

• Soma
• Diferença
• Integração
• Logaritmo

Características AmpOp 

Ganho a: ideal infinita. Na prática, são usados valores na ordem dos 200 000.

Impedância de entrada : ideal infinita. Na prática, valores são possíveis valores na ordem dos 10 MΩ (significa que o amplificador não consome corrente pelas entradas).

Impedância de saída : ideal nula. Na prática, são usados valores na ordem dos 75 Ω, o que significa uma ausência de queda de tensão interna na saída.

Resposta de frequência : ideal de 0 ao infinito. Na prática escolhem-se tipos com resposta bastante acima da frequência na qual irão operar para dar uma aproximação do ideal.

Relação de rejeição em modo comum : este parâmetro provavelmente é mais conhecido pela sigla inglesa CMRR (common mode rejection ratio). Conforme igualdade I.1, um amplificador operacional ideal tem saída nula se as entradas são iguais. Nos circuitos práticos, há sempre uma pequena saída com as entradas iguais, condição esta chamada de modo comum. A condição usual, isto é, com tensões de entrada diferentes, é chamada modo diferencial. E o parâmetro é dado pela relação, expressa em decibéis, dos ganhos em ambas condições CMRR = 20 log (ganho modo diferencial / ganho modo comum). Um circuito ideal teria CMRR infinito.

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Amplificador Operacional

Símbolo

Um amplificador analógico é sempre representado como um triângulo em que um dos vértices é a saída. O gráfico mostra o diagrama esquemático de um Amplificador Operacional com seu modelo mais usual.

+V_CC e -V_CC são as tensões de alimentação do amplificador operacional

Alguns amplificadores operacionais também podem ser alimentados com +V_CC e 0V

A tensão de saída, V_O, está limitada pelas tensões de alimentação
(neste caso, V_O ∈ [-V_CC, +V_CC])


Os amplificadores operacionais amplificam a diferença de tensão aplicada nas entradas V⁺ e V^-
V_O=A(V⁺-V^-) onde A representa o ganho de tensão do amplificador. O ganho pode atingir valores da ordem 10⁵ a 10⁶.

Amplificador Operacional Ideal

Para um amplificador operacional ideal considera-se que :
R_i = ∞ ⇒ Correntes nulas nas entradas V⁺ e V^-
R_O = 0 ⇒ tensão de saída, V_O, não depende da carga
A = ∞ ⇒ Zona Linear quando V _D = 0 V⁺ = V^-
Nas zonas de saturação verifica-se
V_D > 0 ou V⁺ > V^- ⇒ V_O = +V_CC(sat. positiva)
V_D < 0 ou V⁺ < V^- ⇒ V_O = −V_CC(sat. negativa)

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VOUT =	A	VIN
	A + 1

Seguidor de Tensão

Seguidor de tensão (característica ideal)

Considerando que o amplificador operacional é ideal tem-se V⁺ = V⁻ na zona linear
Por análise do circuito verifica-se que V⁺ = V_IN e V⁻= V_OUT

resultando V_OUT = V_IN

Seguidor de Tensão (característica real)

No AmpOp verifica-se que V_out = A(V⁺ - V^-)
Para esta montagem obtém-se V_OUT =A(V_IN - V_OUT)

VOUT =	A	VIN
	A + 1

Como A é muito elevado ⇒ V_OUT ≈V_IN
Para que um amplificador funcione na zona linear, é indispensável que esteja realimentado negativamente
V_OUT ligado a V^-, direta ou indiretamente)

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VIN	= -	R2
VIN		R1

Montagem Inversora

Montagem Inversora

V⁺ = 0 ⇒ V^- =0

I1 =	VIN - V-	=	VIN
	R1		R1

e

I2 =	VOUT - V-	=	VOUT
	R2		R2

Como não existe corrente na entrada do amplificador operacional ideal I₁ +I₂ = 0 podendo escrever-se

VIN	+	VOUT	=0
R1		R2

obtendo-se finalmente

VIN	= -	R2
VIN		R1

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VOUT	=	R1	+1
VIN		R2

Montagem Não Inversora

Montagem Não Inversora

Como não existe corrente na entrada do amplificador operacional ideal, obtém-se

V- =	R2	VOUT
	R1+R2

No Amplificador ideal tem-se V⁺ = V^-

V- = V+= VIN=	R2	VOUT
	R1+R2

Resultando

ROUT	=	R1 + R2	VOUT
VIN		R2

O Ganho A é sempre Maior que 1

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V_OUT = - (V₁ + V₂)
Montagem Somador

Montagem Somadora

V⁺ = 0 ⇒ V^- = 0 Para as correntes I₁, I₂ e I₃ obtém-se

I1=	V1	I2=	V2	I3=	VOUT
	R1		R2		R3

Como não existe corrente na entrada do amplificador operacional verifica-se que

I1+ I2 + I3 = 0 ou	V1	+	V2	+	VOUT	=0
	R1		R2		R3

Resultando Se R1 = R2 = R3, obtém-se V_OUT =-(V₁ + V₂)

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VOUT = -	R2	V1+	R4	X	R1+R2	V2
	R1		R3+R4		R1

Montagem Diferença

Montagem de Diferença

Para determinar V_OUT em função de V₁ e V₂ é conveniente utilizar o Teorema da Sobreposição

Simulando V₂=0 obtém-se uma montagem inversora.

V1OUT= -	R2	V1
	R1

Simulando V₁=0 obtém-se uma montagem não inversora
Como não existe corrente na entrada do amplificador operacional ideal, obtém-se

V+ =	R4	V2
	R3+ R4

e

V- =	R1	V2OUT
	R1+ R2

Considerando um amplificador operacional ideal V⁺ = V^-

V2OUT =	R4	X	R1 + R2	V2
	R3+ R4		R1

Fonte:Fernando Gonçalves, Instituto Superior Técnico 2004/2005

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Exemplo prático com 741

Um Amp. Op. pode ser entendido como um circuito amplificador de alto ganho, onde a entrada é representada por uma resistência de alto valor e a saída por uma fonte de tensão controlada e uma resistência em série.
Para um 741, Av = 100.000 ; Ro = 75 Ω.
Av = Ganho de tensão diferencial:

Normalmente dado em dB (deciBeis). Para um 741, Av = 100 dB.
Para calcular o ganho de tensão em dB basta fazer: Av(dB) = 20 log |Av|, que no caso do
741, será Av(dB) = 20 log 100000 = 20 log 10⁵ = 20 * 5 log 10 = 100
Rin = Resistência de entrada.
Entradas com TJB: Rin = 1MOhm
Entradas com FET: Rin = 10¹²Ohm
Ro = Resistência de saída
Normalmente Ro = 100 Ohm. O valor ideal para Ro seria 0 Ohm, mas traria problemas para o CI
quando ocorresse curto-circuito na saída.
CMRR = Razão de Rejeição de Modo Comum

Vos = Tensão de Off-Set. Compensação das diferenças entre as tensões Vbe dos transistores de
entrada
SR = Slew Rate . Taxa de inclinação (variação). É a taxa máxima de variação da tensão de saída
para uma variação em degrau na entrada
BP = Banda Passante . É a faixa de freqüências para a qual o ganho do amplificador é igual ou
menor que 1/raiz 2 do ganho nominal ou em freqüências médias. Para o 741, sem
realimentação, BP = 10Hz. Com realimentação negativa, o ganho nominal diminui, mas a
BP aumenta.
f_unidade = é a frequência para a qual o ganho do amplificador não realimentado é igual a 1, ou seja
igual a 0 dB. 

Por hoje é tudo. Participem.

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