amplificadores operacionais aula 4 - usp · 01/03 diodo ideal, características do diodo real,...
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Amplificadores OperacionaisAula 4
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Aula Matéria Cap./página1ª 16/02 Introdução, Revisão de circuitos com Amp. Op. O 1º Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal,Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Listas de Circ. Elét.Cap. 2 - p. 38-46Apêndice B, p.810-142ª 19/02 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2p. 46-533ª 23/02 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 Sedra, Cap. 2p. 53-594ª 26/02 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. Sedra, Cap. 2p. 59-735ª 01/03 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p. 89-96 6ª 04/03 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios Sedra, Cap. 3 p. 96-99 7ª 08/03 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) Sedra, Cap. 3 p. 100-103 8ª 11/03 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) Sedra, Cap. 3 p. 104-106 9ª 15/03 Diagrama de blocos de uma fonte de alimentação c.c., circuito retificador de meia onda, circuito retificador de onda completa com enrolamento secundário com tomada central, exercícios: 3.22. Sedra, Cap. 3 p. 106-109 10ª 18/03 Aula de ExercíciosSemana Santa (21/03 a 25/03/2016)1a. Semana de provas (28/03 a 01/04/2016)Data: xx/xx/2016 (xxxx feira) – Horário: xx:xxh
Eletrônica I – PSI3321Programação para a Primeira Prova
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Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Apresentar as principais imperfeições dos AOs
- Explicar a influência das imperfeições dos AOs em aplicações CC
- Explicar a influência das imperfeições dos AOs em aplicações CA, determinando seu efeito no desempenho em frequência
- Analisar circuitos integradores e diferenciadores com AOs, explicando as imperfeições desses circuitos e como contorná-las
4ª Aula: Amplificadores Operacionais
Imperfeições e Circuitos RC com AO
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2 1
2 11 1= = −
+ +/
( / )/ ( )O
invi d
v R RGv R R A s
2 1
2 1
11ω
⇔ = −+
+
/
/( / )
inv
t
R RG sR R
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A.O. com:• Impedância de entrada infinita• Impedância de saída zero• mas A ≠ ∞ (não vale c.c. virtual)
O Amp Op não idealA Configuração Não-Inversora com Ganho A Finito e dependente da Frequência
2 1
2 1
11 1−
+= =+ +
/( / )/ ( )
Oñ inv
i
v R RGv R R A s
2 1
2 1
1
11ω
−+⇔
++
/
/( / )
ñ inv
t
R RG sR R
Já vimos que na Conf. Não Inversora:
Sabemos que na Conf. Inversora:
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O Amp Op não idealAs Configurações Inversora e Não-inversora com Ganho A Finito e dependente da Frequência
2 1
2 1
11
/
/( / )t
R RG sR Rω
−
++
2 1
2 1
1
11
/
/( / )t
R RG sR Rω
+
++
3 2 11/( / )bB t R Rω ω= +
fcs
10≥ ( )bb se fs f fe f
0t bAω ω=bω
A.O. c/ ganho A(jω)
3 2 11/( / )bB tf f R R= +
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O Amp Op não idealAs Configurações Inversora e Não-inversora com Ganho A Finito e dependente da Frequência
2 1
2 1
1
11
/
/( / )t
R RG sR Rω
+
++
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3
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+10V/V
−10V/V
O Amp Op não idealAs Configurações Inversora e Não-inversora com Ganho A Finito e dependente da Frequência
2 1
2 1
11
/
/( / )t
R RG sR Rω
−
++
2 1
2 1
1
11
/
/( / )t
R RG sR Rω
+
++
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0
21ideal
ideal
ideal
ideal
O Amp Op não idealAs Configurações Inversora e Não-inversora com Ganho A Finito e dependente da Frequência
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O Amp Op não idealOperações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) ou Taxa Máxima de Variação da Tensão de Saída
LC
iC
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O Amp Op não idealOperações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) ou Taxa Máxima de Variação da Tensão de Saída
iC
Omáx
dvSRdt
=
0
1 ω= =
+ /O
i t
v AGv s
0 1 ω−= −ˆ( ) ( )ttO IDv t AV e
Limitação por Slew Rate:
Limitação por faixa de passagem:0ω ω=t bA
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O Amp Op não idealOperações com Grandes Sinais:
Slew Rate (SR) e a Faixa de Passagem a Plena Potência
ˆi iv V sen tω=
ˆ cosii
dv V tdt
ω ω=
sinal de saída distorcido!ise V SRω >
Faixa de passagem a plena potência:-Frequência onde VO max passa a ser distorcida por SR:
maxOV SRω =2 max
MO
SRfVπ
=
Note que para f > fM a distorção ocorre para amplitudes menores que VO max :
maxM
O OV V ωω
=
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0 1 ω−= −ˆ( ) ( )ttO IDv t AV e
( )Ov t( )Iv t
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O Amp Op não idealImperfeições CC: Tensão de Offset de Entrada
Tensão de Offset de entrada:
1mV a 5mV
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Correção da Tensão de Offset de entrada:
Se não precisa amplificar desde CC...
O Amp Op não idealImperfeições CC: Tensão de Offset de Entrada
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O Amp Op não idealImperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Para um Amp Op operar ele necessita de correntes de entrada, por menor que elas sejam.
1 2
2B B
BI II +=
1 2OS B BI I I= −
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O Amp Op não idealImperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Qual o efeito em um circuito em malha fechada?
1 2 2O B BV I R I R= ≅
vale tanto para conf. inversoracomo não inversora!
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O Amp Op não idealImperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Introduzindo um resistor R3:
2 3 2 1 2 3 1( / )O B B BV I R R I I R R= − + −
[ ]2 3 2 11= − +( / )O BV I R R R R
2 1 23
2 1 1 21= =
+ +/R R RRR R R R
Considerando apenas o efeito de IB (IB1 = IB2 = IB)
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2 3 2 1 2 3 1( / )O B B BV I R R I I R R= − + −
1 2OS B BI I I= −
O Amp Op não idealImperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
Com isso, também podemos analisar o efeito de IOS
2O OSV I R=
CONCLUSÃO: No terminal positivo devemos colocar uma resistência CC igual àquela vista pelo terminal negativo!!
Devemos SEMPRE garantir um caminho para a corrente CC!!!
12= + /B B OSI I I
22= − /B B OSI I I
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O Amp Op não idealImperfeições CC: Correntes de Offset e de Polarização de Entrada
CONCLUSÃO: No terminal positivo devemos colocar uma resistência CC igual àquela vista pelo terminal negativo!!
Devemos SEMPRE garantir um caminho para a corrente CC!!!
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Integradores e DiferenciadoresA configuração inversora generalizada
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O Circuito Integrador Inversor
se o circuito começa a operar em t=0:
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1( ) ( )t
C Cv t V i t dtC
= +
0
1= − → = − −( ) ( ) ( ) ( )t
O C O I Ccomo v t v t v t v t dt VCR
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O Circuito Integrador
ou, no domínio das frequências:
1( )( )o
i
V sV s sCR
= −1
j CRω= −
1( )( )o
i
V sV s CRω
=
90φ = +
Frequência (característica) do integrador
fH
Ganho “infinito” (Ad) em CC!
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O Circuito IntegradorO efeito da corrente ou tensão de offset na entrada
aumenta linearmente com o tempo, até saturar!
VOS
IOS
aumenta linearmente com o tempo, até saturar!
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O Circuito IntegradorAtenuando o efeito da corrente ou tensão de offset na entrada
OS OSV R ou I
/1
O F
i F
V R RV sCR
= −+
= + +(1 / )O OS F OS FCCv V R R I R
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O Circuito Diferenciador
ou, no domínio das frequências:
( )( )o
i
V s j CRV s
ω= −( )( )o
i
V s CRV s
ω=
90φ = −
• Amplificador de ruídos• Pouco utilizado
Ganho “infinito” (Ad) em freq altas
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Exemplo 2.6Projete para Ainv = 40dB, fH = 1kHz e Rin = 1kΩ
1 2 1 2 2
1 11
= − = −+
( )( ) ( ) ( ) ( / )
O
i
V sV s Z sY s R sC R
2 1
1 2 22 1
2
11−= − =++
( ) /( )
O
i
V s R RRV s sC RsC RR
para s=0 (CC) o ganho é –R2/R1
2 1
2 21−=+
( ) /( )O
i
V s R RV s sC R
K
01 / ω
Explo: ganho de 40dB
2 140 100 100/dB V V ou R R= =para Rin = 1k → R1=1kΩ e ∴R2=100kΩse f0 = 1kHz → C2=1,59 nF
(FPB!)
0t bAω ω=Vimos também que 0 0 22 1 0 2 1
1 1t b bf A f A f C
C R A C R= → = → =
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0
1002 1
kkHzω π
==
Exemplo 2.6Projete para Ainv = 40dB, fH = 1kHz e Rin = 1kΩ
100k
1k
1,59nF
+180º
+135º
+90º 104
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0ms10 ,.11)( ≤≤−=
tO tdt
CRtv
410 0 1( ) , msO t t t= − ≤ ≤v
3 61 0 1 10 1 10 100( ) , VO Fi R −∞ = − = − × × × = −v
1 101 100 1 9 5/( ms) ( ) , Vm mO e −= − − = −v
Com RF 0 1( / ms)p t≤ ≤
FRCτ =
RF
0 1 /( ) ( ) [ ( ) ( )]( )Ft CRO O O Ot e −
+= ∞ − ∞ − −v v v v
10 10100 100 0 100 1/ /( ) [ ] ( )t m t mO t e e− −= − − − + = − −v
1( / ms)p t ≥ 1 9 5 0( ) , ( )O Oms V e+ = − ∞ =v v10 100 0 9 5 9 5/ /( ) [ ( , )] ,t m t m
O t e e− −= − − − = −v105
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