Slide Capítulo Iv Amplificadores Operacionais -2022 1

Amplificadores Operacionais Unity Follower Op-amp VOLTP~BUFFER ZI~00 Op-amp +\nRo\n(a)\n(a) Unity follower; (b) virtual-ground equivalent circuit. FIG. 10.36 Amplificadores Operacionais Instrumentation Amplifier (\nVo = 1+\n2R\nRp 1) (V1 - V2) = k(V1 - V2) FIG. 11.28 Instrumentation amplifier. Amplificadores Operacionais Differentiator Diderievalor (b)\nAmplifica o ruído de alta frequência Voi:=-scr IRESIR?LISKYS=H)\ns=wkOFF=-900 EVITAR!\nResposta em Frequência de um diferenciador com constante de tempo CR. Filtro passa alto ve=6dB/octave Amplificadores Operacionais V_1 R_1 Op-amp R_f V_o FIG. 10.31 Basic op-amp connection. V_1 R_1 R_f R_o A_v V_i A_v V_i R_i + + + V_i V_i V_i A_v V_i = V_o - R_i = ∞ R_o = 0 FIG. 10.32 Operation of op-amp as constant-gain multiplier: (a) op-amp ac equivalent circuit; (b) ideal op-amp equivalent circuit; (c) redrawn equivalent circuit. Amplificadores Operacionais Para a fonte V1, quando –AvVi é ajustada em zero Para a fonte -AvVi, quando V1 é ajustada em zero A tensão Vi será: Resolvendo pra Vi, temos: Se Av>>1 e R1 >> Rf que normalmente e verdadeiro, então: Resolvendo para Vo/Vi teremos: Assim, Amplificadores Operacionais O conceito de terra virtual indica que a tensão entre os terminais de entrada do Amp. Op. é zero, e a corrente drenada através dos terminais também é zero. Este conceito é fundamental para solucionar circuitos com Amp. Ops. Amplificadores Operacionais (CONFIGURAÇÃO INVERSORA) Amplificadores Operacionais Summing Amplifier V_o = -\left( \frac{R_f}{R_1}V_1 + \frac{R_f}{R_2}V_2 + \frac{R_f}{R_3}V_3 \right) V_1 R_1 V_2 R_2 V_3 R_3 R_f Op-amp (a) V_o V_o V_o R_1 R_2 R_3 R_f V_1 V_2 V_3 V_i ≈ 0 (b) FIG. 10.37 (a) Summing amplifier; (b) virtual-ground equivalent circuit. Amplificadores Operacionais Integrator Integrador i1 = vI / R i1 = C dvc/dt vI/R = -RC dvo/dt vI = -RC dvo/dt dvo/dt = -1/RC vI vo = -1/RC ∫vI vo(t) = -1/RC ∫vi(t) dt Vo/Vi = -1/sCR Filtro passa baixo -6 dB/octave Amplificadores Operacionais Integrator Solução: Montar a resistência RF em paralelo com C Integrador Integrador de Miller: com uma grande resistência RF ligada em paralelo com C para assegurar realimentação negativa e uma ganho finito em dc. Impulso de entrada Rampa linear de saída do integrador ideal, com constante de tempo de 0.1 ms Vo(s)/Vi(s) = 1/sCR Rampa exponencial de saída com resistência RF ligada em paralelo com o condensador. Vo(s)/Vi(s) = -RF/R / 1+sCRF Amplificadores Operacionais V1 15Vdc V2 15Vdc 0 VCC1 VCC2 Time 487.00ms 487.05ms 487.10ms 487.15ms 487.20ms 487.25ms 487.30ms 487.35ms 487.40ms 487.45ms 487.50ms V(U4:OUT) 0V 5.0V -6.0V V(V7:+) -5.0V 0V 5.0V + 3 - 2 V+ 7 V- 4 OUT 6 OS1 1 OS2 5 U4 LM741 VCC2 VCC1 0 0 0 R6 10k R7 10k C1 2.2n V7 TD = 0 TF = 100ns PW = 50us PER = 100us V1 = -5 TR = 100ns V2 = 5 R8 100k V V Amplificadores Operacionais v1(t) R1 v2(t) R2 v3(t) R3 Op-amp vo(t) 1uF C v1(t) 5 v2(t) 10 v3(t) 1 V1 V2 V3 Vo o(t) = -[1/R1C ∫v1(t) dt + 1/R2C ∫v2(t) dt + 1/R3C ∫v3(t) dt] Amplificadores Operacionais (CONFIGURAÇÃO NÃO INVERSORA) Amplificadores Operacionais CIRCUITO AMPLIFICADOR DE DIFERENÇAS Na prática: R1=R2 e R3=R4 Circuito Muito Usado Amplificadores Operacionais CIRCUITO AMPLIFICADOR DE DIFERENÇAS Amplificadores Operacionais CIRCUITO AMPLIFICADOR DE DIFERENÇAS Amplificadores Operacionais CIRCUITO AMPLIFICADOR DE DIFERENÇAS Amplificadores Operacionais EXAMPLE V_o = \left( 1 + \frac{2R}{R_p} \right)(V_1 - V_2) = \left[ 1 + \frac{2(5000)}{500} \right] (V_1 - V_2) = 21(V_1 - V_2) V_2 +10 V -10 V +10 V -10 V V_1 +10 V -10 V V_o 5 kΩ 500 Ω 5 kΩ 5 kΩ 5 kΩ 5 kΩ Amplificadores Operacionais 10.8 OP-AMP UNIT SPECIFICATIONS Gain-Bandwidth A_v 0.707A_{VD} A_{VD} 0 f_C f_1 Frequency (log scale) B_1 FIG. 10.47 Gain versus frequency plot. f_1 = A_{VD}f_C Amplificadores Operacionais Slew Rate (SR) Amplificador Operacional Real Taxa de inflexão - "slew rate" SR = \left| \frac{dvo}{dt} \right|_{max} [V/μs] Máxima taxa de variação da tensão de saída do ampop -> causa distorção não linear (diferente da limitação em largura de banda que causa distorção linear) Efeito de slew-rate limitando as formas de onda sinusoidais de saída Forma de onda sinusoidal de saída (teórica) Output when op amp is slew-rate limited v_i v_o Slope = SR v_i v_0 t 0 0 0 Slope = ωv \leq SR (v_0) v Amplificadores Operacionais Slew Rate (SR) Amplificador Operacional Real Taxa de inflexão - “slew rate” Efeito da taxa de inflexão sobre o funcionamento em regime alternado sinusoidal Efeito de slew-rate limitando as formas de onda sinusoidais de saída Exemplo: SR=0.5V/μs Para não haver distorção quando Vom=1V é necessário que f<80kHz Para não haver distorção quando Vom=10V é necessário que f<8kHz Amplificadores Operacionais A máxima frequência do sinal em que um Amp-op pode operar depende tanto dos parâmetros Largura de banda (BW) quanto da taxa de inclinação (SR). Para um sinal senoidal de forma geral É possível mostrar que a taxa máxima de variação de tensão é Para evitar distorção na saída, a taxa de variação também deve ser menor do que a taxa de inclinação. Isto é, Amplificadores Operacionais CIRCUITO INTERNO DO AMP. OP. Amplificadores Operacionais 10.8 OP-AMP UNIT SPECIFICATIONS Absolute maximum ratings over operating free-air temperature range (unless otherwise noted) uA741 UNIT Supply voltage VCC+ 22 V Supply voltage VCC- - 22 V Differential input voltage ± 30 V Input voltage any input ± 15 V Voltage between either offset null terminal (N1/N2) and VCC- ± 0.5 V Duration of output short-circuit unlimited Continuous total power dissipation at (or below) 25°C free-air temperature 500 mW Operating free-air temperature range -40 to 85 °C Storage temperature range -65 to 150 °C Lead temperature 1,6 mm (1/16 in.) from case for 60 seconds 300 °C Lead temperature 1,6 mm (1/16 in.) from case for 10 seconds 260 °C FIG. 10.49 741 op-amp specifications. Amplificadores Operacionais Electrical characteristics at specified free-air temperature, VCC+ = 15 V, VCC- = - 15 V PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT VIO Input offset voltage VO = 0 25°C 1 5 mV Full range 6 mV ΔVIO(adj) Offset voltage adjust range VO = 0 25°C ± 15 mV IIO Input offset current VO = 0 25°C 20 200 nA Full range 500 nA IIB Input bias current VO = 0 25°C 80 500 nA Full range 1500 nA VICR Common-mode input voltage range 25°C ± 12 ± 13 V Full range ± 12 V VOM Maximum peak output voltage swing RL ≥ 10 kΩ 25°C ± 12 ± 14 V RL ≥ 2 kΩ 25°C ± 10 ± 13 V Full range ± 10 V AVD Large-signal differential voltage amplification RL ≥ 2 kΩ 25°C 50 200 V/mV RI Input resistance 25°C 0.3 2 MΩ RO Output resistance 25°C 75 Ω CI Input capacitance 25°C 1.4 pF CMRR Common-mode rejection ratio VICR = VIC(min) 25°C 70 90 dB kSVS Supply voltage sensitivity VCC = 9 V to ± 15 V 25°C 30 150 μV/V IOS Short-circuit output current 25°C ± 25 ± 40 mA ICC Supply current No load, VO = 0 25°C 1.7 2.8 mA PD Total power dissipation 25°C 50 85 mW Full range 100 mW Amplificadores Operacionais Operating characteristics, V_CC+ = 15 V, V_CC- = -15 V, T_A = 25°C | PARAMETER | TEST CONDITIONS | uA741M | |-------------------|--------------------------------------------|-------------------| | | | MIN | TYP | MAX | UNIT | | t_r | Rise time | | 0.3 | | μs | | | V_i = 20 mV, R_L = 2 kΩ, C_L = 100 pF | | | | | | Overshoot factor | | | 5% | | | | SR | Slew rate at unity gain | | 0.5 | | V/μs | | | V_i = 10 V, R_L = 2 kΩ, C_L = 100 pF | | | | | TABLE 10.2 Absolute Maximum Ratings Supply voltage ±22 V Internal power dissipation 500 mW Differential input voltage ±30 V Input voltage ±15 V Amplificadores Operacionais APLICAÇÕES: Amplificadores Operacionais APLICAÇÕES: Amplificadores Operacionais APLICAÇÕES: Amplificadores Operacionais APLICAÇÕES: Amplificadores Operacionais A fórmula empírica que permite calcular a freqüência desse oscilador é: f = 1/(6 x R x C) Onde: f é a freqüência em hertz (Hz) C é a capacitância em farads (F) R é a resistência em ohms Fim Conteúdo do Programa: Aula 21 Aula 22 Aula 23 Aula 24