Ampops imperfeições

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Ampops imperfeições

  1. 1. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Amplificadores Operacionais Não concordo com o acordo ortográfico14-04-2012 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Ampop Ideal Um Ampop ideal, tem uma série de parâmetros, tais como Ganho e largura de banda infinitos, que nós sabemos serem impossíveis na prática. No entanto os Ampop’s têm: Ganho muito alto. Impedância de entrada muito elevada (Zin = ∞). Muito baixa impedância de saída (Zout = 0). Grande largura de Banda. Ampop RealAmpop Ideal14-04-2012 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições +VCC Ampop Real _ i(-) Inversora ROut vid Rin A Saída i(+) Não Inversora + vout = Advid -VCC• i(+), i(-) : correntes de entrada do Amplificador das entradas Inversora e não Inversora ,respectivamente.• vid : A Voltagem de entrada da entrada inversora para a não inversora.• +Vcc , -Vcc: Alimentação DC, geralmente +15V e –15V• Rin : Resistência de Entrada, idealmente infinito.• A : O ganho do Amplificador. Idealmente muito alto, na ordem de 1x1010 .• ROut: Resistência de saída, idealmente zero• vOut: Voltagem de saída; vOut = AOLvid onde AOL é o ganho em malha aberta. 14-04-2012 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Características do Ampop Real V out  A (V   V  ), V out  V CC Se A   , V   V  Ganho de tensão de malha aberta: 200.000 Tensão de offset de entrada: 2mV Corrente de offset de entrada: 20nA Corrente de polarização de entrada:80nA Slew Rate: 0,5V/s FT (frequência de ganho 1): 1MHz Resistência de saída: 75 Resistência de entrada: 2M Efeitos de temperatura: .../ºC14-04-2012 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Linearidade14-04-2012 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada Input Bias Current (IB+ e IB-): Média das correntes de polarização nas entradas, inversora e não inversora, quando Vout = 0. (Devem ser iguais) IIB = (IB1+IB2)/2. Input offset Current (IOS ): É a diferença entre as duas IB’s quando Vout=0, IOS = IB+ − IB- (se IB+=IB-, então Ios=0, o que seria Ideal).Input offset voltage (VOS): A tensão de deslocamento de entrada- é a tensão diferencial, que deve ser aplicada à entrada de um amplificador operacional para produzir uma saída de zero. Input Common Mode voltage Range (VCM): Amplitude média das voltagem aplicadas entre as entradas (em modo Comum) em que o Amplificador Diferencial permanece linear.(medidas entre as entradas e a massa).Input Resistance (Zin) : A resistência de uma “vista” numa entrada quando a outra entrada está á massa. (2MΩ).14-04-2012 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de SaídaOutput Resistance (Zout): Resistência de saída do Ampop. (lembrar que o ideal seria Zout=0).(75Ω).Output voltage Swing (VOM): Dependendo da carga, é o pico máximo de voltagem que o Ampop pode fornecer á carga sem provocar saturação ou limitação.Output short-circuit Current (Iosc): Máxima corrente fornecida pelo Ampop. á carga.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros DinâmicosOpen-Loop Voltage Gain (AOL) : Ganho e circuito aberto : - Relação entre a voltagem de saída e a voltagem de entrada de um Ampop, sem realimentação externa.Phase Margin e Gain Margin: são medidas de estabilidade num sistema de realimentação. Na realimentação negativa, uma amostragem da saída, que está desfasada 180º com o sinal de entrada, é usada para manter a estabilidade, mas se o sinal tiver mais de 180º de desfasamento provoca instabilidade pois em vez de se subtrair ao sinal de entrada, vai somar-se dando realimentação positiva…Large-Signal Voltage Gain: é a relação entre a máxima voltagem na carga (VOM), e o sinal de entrada necessário para que a saída vá até um determinado valor. Ganho do Ampop em DC ou em baixas frequências. Este parâmetro é importante devido à relação existente entre a largura de banda passante e o ganho. Assim, intrinsecamente, quando maior for o ganho maior será a largura de banda …Slew Rate (SR): Velocidade da reposta da tensão da saída de um Ampop, em relação á entrada quando o circuito tem o ganho de 1. Mede-se em V/SRise Time (TR): Tempo de subida de 10 a 90% do sinal de saída em resposta a um sinal aplicado á entrada em circuito de malha fechada. Está relacionado com a Frequência e com o Slew Rate.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Settling Time (TS): Tempo de Estabilização, TS, é o tempo necessário para a tensão de saída estabilizar, dentro de uma percentagem especificada do valor final, em resposta a uma comutação rápida no sinal de entrada. Outros ParâmetrosCommon Mode Rejection Ratio (CMRR): Medição da capacidade de um Ampop., de rejeitar sinais iguais aplicados a ambas as entradas. Pode ser expresso em dB’s.Power Supply Rejection Ratio (PSRR):é a razão de variação da tensão de saída do Ampop em relação às variações da tensão de alimentação. Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N): Distorção harmónica total mais ruído, THD + N, é a relação de todos os outros componentes de frequência para a fundamental.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Bias Current (IB+ e IB-):Corrente de Polarização de Entrada, IB, é a média das correntes que fluem para os terminais de entrada inversora e não inversora do amplificador operacional. The input impedance is directly related to the input 1. Idealmente, a corrente de polarização de entrada bias current and the following graph compares the é 0. Mas, para um amplificador operacional real é typical bias currents for various technologies. a média da corrente a partir de ambas as entradas. IB = (IINV + INON) / 2. 2. Corrente de polarização de entrada é de ter em conta, quando a impedância da fonte é elevada. Se o amplificador operacional tem uma corrente de polarização de entrada de elevada, ela carregará a fonte e irá resultar numa tensão inferior à esperada. 3. A melhor solução é usar um Ampop com um CMOS ou entrada JFET. A impedância de fonte pode também ser reduzida usando um andar “Buffer” para alimentar um amplificador operacional que tenha elevada corrente de polarização entrada.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Bias Current (IB+ e IB-): Devido às imperfeições inerentes ao fabrico, ou correntes (DC) indesejáveis, de base ou de Gate, entram correntes nas entradas inversora e não-inversora do Ampops. Elas são da ordem de nA para Ampops a base de BJT’s, e pA, para Ampops baseados em FET’s.. I B  I BEntão a corrente de polarização, IB  2 IBNormalmente, I B  I B V OS I B I OSE a corrente de correcção (offset current), I B 2 I OS  I B   I B  IB14-04-2012 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Bias Current (IB+ e IB-): Corrente (e.g. 50pA) Erros em Montagem ñ Inversora Vin Ib=50pA + Vout Ib=50pA - I1 I3 I2 R1 R2 I1 = I2 = I3+Ib14-04-2012 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Current (Ios):Corrente de deslocamento de entrada (IOS) é igual à magnitude da diferença das duas correntes de polarização: Input Bias Current Op-Amp Model I   I B1 IB1+IB2 V1 IB= = I/2 2 β+1 I B1 Entradas diferenciais: I   I B2 IOS= │IB1-IB2│ V2 I B214-04-2012 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Input Offset Voltage (Vos) Voltagem que deve ser aplicada numa das entradas, sendo a outra zero, para que a saída seja zero.(lembrar que o ideal seria Vos=0). R2 I2 Vin R1 Vout I1 ideal Vos14-04-2012 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Cálculo: R2  R2  V out  1  V OS 10KΩ +Vcc R1 Vos  R1  10Ω Vout V  1001 V out OS 10Ω V out 10KΩ -Vcc V OS  1001 For OP177F:VOS = 25μV max @ +25ºC VOS DRIFT = 0.1μV/ºC maximum VOS STABILITY = 0.3μV/month typical14-04-2012 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Input Offset Voltage (Vos) Voltagem que deve ser aplicada numa das entradas, sendo a outra zero, para que a saída seja zero.(lembrar que o ideal seria Vos=0).  Este desvio é provocado pela diferença entre os componentes supostamente iguais e também devido a variações de temperatura. Se não houvesse correntes de entrada a Vos seria =0 Medição da Vos Vo Rf Vos= Avf = Avf R1 Rf é a resistência de realimentação negativa e R1 a resistência da entrada não nula. Avf é o ganho em malha fechada.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Vout = A [V+ - V- + Vos] Vin Ib=50pA + Vout  I1=I2=I3=I Ib=50pA  V-= Vout × R1/(R1 + R2) - I1 – Mas Vout = A[V+- V- + Vos] … ÷A I3 I2  temos V+ - V- + Vos = Vout/A R1 R2  V+ = Vin = V- - Vos – Então V-= Vout × R1/(R1 + R2) que dá...  Vin = Vout × R1/(R1 + R2) - Vos  Vout = ( Vin + Vos ) × (1 + R2/R1) Vos= erro14-04-2012 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Impacto no Amplificador Inversor V in -V out R2 i1  e i2  R1 R2 R1 i2 Vin V1 - Vout  R2     IB1  R   V in  R 1 I B1 i1 V out V2 +  1 IB2 V in  V out   I B1 R1 R2Teríamos que manter R1 pequeno para Se I B1 0 minimizar os efeitos da VOS , mas quais seriam os efeitos na resistência de  R2  entrada do amplificador? V out     R   V in  114-04-2012 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Impacto no Amplificador Não Inversor V 2  V 1  V in R2 i1 ii  i 2  I B1 R1 IB1 i2 V1 - Vout 0  V1 i1  Vin V2 + R1 IB2 V 1  V out  R2  i2 V out   1     V in  R 2 I B1 R2  R1    V in V in  V out  R2    I B1Se I B1  0 V out   1  R   V in   R1 R2  1   Teríamos que manter R2 pequeno para minimizar os efeitos da VOS , mas quais seriam os efeitos no Ganho do amplificador?14-04-2012 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Impacto no Amplificador Seguidor (Buffer) - Compensação IB1 + - Rcomp=R1 1MΩ IB1 RComp V1 - Vout Vout= Vin+R1IB2 0 Volts R1 V2 V out  V in  R Comp  I B 2  I B1  1MΩ +Vin - + IB2 R1IB2  V in  R Comp  I OSComo resolver o problema?  V in para I B2  I B1 Inserindo uma resistência de igual valor a R1. Não altera as impedâncias, nem o ganho do circuito e anula os efeito da corrente de polarização IB.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-):  Voltagem DC que deve ser aplicada numa das entradas, sendo a outra zero, para que a saída seja zero. (lembrar que o ideal seria VOS=0 e que VOS é devida a Ib’s diferentes do par diferencial –(IOS,) desvios devido a temperatura …). Tipicamente: VOS =5mV É preciso: Vout Vout = Saturação? Vout= 0 Vid Output offset voltage14-04-2012 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Tensão de compensação de entrada – é na ordem dos 5 mV. Usa-se a seguinte montagem para azeramento do 741.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Tensão de compensação de entrada – é na ordem dos 5 mV. Usa-se a seguinte montagem para azeramento do 741. P Rp- Elimina erros de IB P - Elimina erros de VosUsa-se a seguinte montagem para azeramento dos Ampop’s que não  Que é difícil porque está em malha tenham pinos 1 e 5 para compensação aberta com ganho muito elevado (Rf= externa, na montagem inversora. (em )… mas com ambas as entradas á malha fechada). massa, significa Vin=0.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Offset Voltage (VOS-): Compensação R2 R1 R2 i2 i1 IB1 i2 Vin R1 V1 V1 - - i1 IB1 Vout Vout Rcomp V2 Rcomp V2 + Vin Vin + IB IB2 - IB + IB2 Inversor Ñ Inversor Rcomp=R1//R2Para compensar a voltagem de Offset (VOS) resultante do IOS , para as montagens Inversora e ñ Inversora, insere-se no circuito da entrada não inversora (+), uma resistência de compensação de valor igual ao paralelo de R1//R2.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Common Voltage Range (VCM):Limite da Voltagem de Entrada - Tudo começa no circuito de entrada dos Ampop’s . O Par Diferencial.Assumindo que aplicamos uma voltagem de entrada em Modo Comum, tal que Vcm=v1=v2 → quando a Vcm aumenta ⇒ VCB de Q1 e de Q2 baixa, uma vez que as voltagens de colector estão fixas em:  V CC  R C  I EE /2 Se assumirmos que a mínima voltagem Base Colector seja zero, estando o transistor no Modo Activo até esse ponto, o VCM valor máximo da voltagem VCM é: V CM (max)  V CC  R C  I EE /214-04-2012 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Input Common Voltage Range (VCM):A tensão de entrada em modo comum é definida como a tensão média nos pinos da entrada inversora e da não inversora.Se a tensão de modo comum fica muito alta ou muito baixa, as entradas serão desligadas e o funcionamento cessa. A tensão de entrada em modo comum , CMVR, especifica o intervalo em que a operação normal é garantida. VOS Este gráfico mostra Tensão de deslocamento da entrada (VOS) vs tensão em Modo Comum. A linha azul é o valor real da tensão medida em 3.1 mV/V Entrada em Modo Comum (VCM). A linha (50 dB’s) vermelha é o valor calculado. VCM 1. O limite superior é determinado pelo ponto de saturação de um dos dois transistores de entrada. 2. O limite inferior é determinado pelo transistor que fornece a corrente de polarização.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada/Saída: Rin e Rout : RF iL R1 + Rout V in RL Rin V out _ Fonte Carga Ampop V RL  V out  i L . R out R in V Rin  .V in R in  R1 R in    V Rin  V in R out  0  V RL  V out14-04-2012 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Rin Montagem Inversora  Vamos estudar a montagem Inversora, que é que apresenta certos inconvenientes em relação á impedância de entrada, já que na impedância de saída não há grandes diferenças entre as montagem inversora e a não inversora. A Impedância de entrada pode ser vista como: R in  R a  R  // R  R Onde R é a impedância equivalente do circuito da caixa vermelha, que é: V if R  if Porém, com o circuito de Baixo, V   (  AV  )  i f ( R f  R o ) V R f  Ro  R   if 1 A14-04-2012 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Rin Montagem Inversora  Finalmente, podemos calcular a impedância de entrada como: 1  1 1 A  R ( R f  R o ) R in  Ra      R in  R a   R  R f  Ro   R f  R o  (1  A ) R  Sendo R f  R o  (1  A ) R  , Rin fica, ( R f  Ro ) R in ~ R a  (1  A ) Novamente Como: R f  R o  (1  A ) R in  R a  O que está de acordo com tudo o que se disse sobre a impedância de entrada de uma montagem inversora.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada: Rin Montagem InversoraConsideremos somente a impedância puramente resistiva i.e. Vi é assumido como sendo 0V. Primeiro a figura (a), Entrada: io R a // R  R a R V  V o  V  Vo R f  R a // R  R a R f  R a R  R f R Usando KCL, io = i1+ i2 Vo V o  (  AV  ) io   R f  R a // R f Ro Substituindo pela equação da Fig. (a) na saída (fig. (b): A impedância de saída, R out é : Vo R o ( R a R f  R a R  R f R )  i2 i1 io (1  R o )( R a R f  R a R   R f R  )  (1  A ) R a R  R e A comparavelmente grandes, Ro ( Ra  R f ) R out ~ AR a (a) (b)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada/Saída: Rin e Rout : Idealmente a resistência de entrada para esta configuração, é equivalente a R1. No entanto, para ser mais preciso, o valor da resistência de entrada é dado pela seguinte fórmula: RF Z inF  R 1  Amplificador Inversor 1  AOL Como β é determinado pelo projecto, podemos aumentá-lo para aumentar a impedância de entrada Zinf. Idealmente a resistência de saída é zero, mas a fórmula seguinte dá um valor mais preciso: R Out Z OutF  Amplificador Inversor e ñ Inversor 1   . AOL  A impedância de saída (Zoutf) diminui quando aumentamos β: R1 Nota:   R1  R F14-04-2012 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada/Saída: Rin e Rout : Á medida que a frequência e o ganho aumentam, a impedância de Entrada (Rin) diminui, e a impedância de saída (Rout), aumenta.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Entrada Rin :  Input resistance (Rin) : A resistência de uma entrada quando a outra está á massa. Rin V1= Vin x Rin+R1  Rin= V1 xR1 Vin-V1 Medição da Rin Vg Vef Vmax= No 741 Rin é da ordem de 2M e Rout 75 . Com FET’s a ri pode ir até 10 M.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output voltage Swing (VOM): Dependendo da carga, é o pico máximo de voltagem que o Ampop pode fornecer á carga sem provocar saturação ou limitação, quando a tensão de saída DC quiescente é zero. +Vcc VOM é limitada pela impedância de saída do amplificador, pela tensão de saturação dos transistores de saída, e pelas tensões de alimentação. Q1 +Vcc Queda tensão em R1 + Vsat de Q1. D1 R1 Vout D2 R2 0V Q2 VOM depende da carga na saída -Vcc -Vcc Queda tensão em R2 + Vsat de Q2.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output voltage Swing (VOM): • Excursão da tensão de saída limitada pela alimentaçãoA tensão da saída não pode superar a tensão de alimentação positiva nem baixar abaixo da alimentação negativa. Vout VCC VCC ≈2V + Vd Vout Vd - -VCC ≈2V -VCCPara uma tensão de alimentação especificada, a gama de tensões de saída é normalmente 2-3 volts menos (cerca de 80%). Por exemplo, quando um 741 é fornecido com 15V, o intervalo de saída garantida é de 13V .14-04-2012 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output voltage Swing (VOM): • Excursão da tensão de saída limitada pela alimentação +15V Vin Vout(ideal) + Vout - +15V 10kΩ -15V 90kΩ -15V Vin Vout(actual) +1.5V +13V -1.5V -13V14-04-2012 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output Current Limit (Iomax): Io(max) =10mA) Acontece limitação, quando a corrente máxima de saída é atingida…. +15V Vout(ideal) Vin + Vout +1,5V Iout= +15mA - 10kΩ -15V Iout RL -1,5V 20kΩ 100Ω Iout= -15mA Vin Io(max) = 10mA Vo(max) = RLxIo(max) = 1V +1.5V Vout(actual) -1.5V +13V -13V14-04-2012 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output Current Limit (Iomax):Limitação = Extra Harmónicas? Síntese de Fourier Onda Sinusoidal + Somar Harmónicas - Aqui, 3ª e 5ª + Leva-nos a uma onda quase quadrada… Mais harmónicas leva-nos a = uma onda quadrada!14-04-2012 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output Current Limit (Iomax): Acoplamento DC- Saturação 2kΩGanho = -2.0 +15V Vin 1kΩ - Vout + -15V DC+AC 10V 5V DC+AC Vin = 5V, Vout = -10V Vin = 10V, Vout = -20V → -15V14-04-2012 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros de Saída Output Current Limit (Iomax): Acoplamento AC- Limitação em frequência 2kΩ 0.1µF 1kΩ Vin - Vout 10V 1MΩ + 5V DC+AC AC only AC only14-04-2012 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Open-Loop Voltage Gain (AOL) : VCCO ganho de tensão em malha aberta, AvOL, de um amplificador operacional pode ser definida como a razão + Vout entre a variação da tensão de saída para a mudança da Vd voltagem de entrada. - -VCC A tensão de entrada é a tensão medida directamente entre as entradas inversora e não inversora. AVOL é normalmente especificado para pequenos sinais , e a Vout relação do ganho com a entrada pode ser observada na curva VCC de não saturação do Ampop, mostrada na sua curva de ≈2V transferência.A magnitude da AvOL para um amplificador operacional em particular, depende da carga e do valor das fontes de Vin alimentação. Os valores para AvOL são dados normalmente para tensões de alimentação e cargas especificadas. ≈2V -VCC14-04-2012 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Open-Loop Voltage Gain (AOL) : O ganho de malha aberta de um amplificador operacional é o ganho obtido quando nenhum feedback é usado no circuito Em frequências muito baixas, o ganho em malha aberta de um Ampop é constante, mas começa a decrescer por volta dos 6 Hz ou menos, a uma taxa de -6dB/oitava ou -20dB/década (uma oitava é uma duplicação em frequência, e uma década é um aumento de dez vezes na frequência). Esta diminuição continua até que o ganho é a unidade, ou 0 dB. A frequência em que o ganho é a unidade é chamada de frequência de ganho unitário ou a Ft. Talvez o primeiro factor a ter em consideração de um específico Ampop é o seu “Produto Ganho de Largura de Banda Passante”ou GBP Para a curva de resposta da Figura, o produto do ganho de malha aberta e frequência é uma constante em qualquer ponto na curva, de modo que: GBP = AOLBW14-04-2012 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Open-Loop Voltage Gain (AOL) :  Oitavas e décadas: Oitava: variação em dobro da frequência Ex: f1 = 120 Hz f2 = 240 Hz f n  2 . f1 n f3 = 480 Hz f4 = 960 Hz Década: variação decimal da frequência Ex: f1 = 120 Hz f2 = 1200 Hz f n  10 . f 1 n f3 = 12000 Hz f4 = 120000 Hz14-04-2012 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) : 20 log(0.707)=3dBLargura de banda é um parâmetro muito importante. A largura de banda de frequência é medida no ponto em Ganho Ganho em Malha aberta que o ganho do amplificador operacional cai para 0,707 ou (1 / √2) do seu valor da gama de frequências. Este Pontos-3 dB ponto é geralmente referido como o ponto de -3 dB do amplificador e indica que o ganho naquele ponto caiu de 3 dB a partir do seu valor máximo.A configuração Malha aberta tem o maior ganho DC. No Ganho em Frequência de ganho unitário entanto, como o gráfico mostra, nesta configuração a largura de Malha Fechada banda é extremamente limitada. Isto significa que o ganho começa a baixar em apenas Hz alguns, ou que a frequência de - FT 3 dB é apenas de alguns Hz. 0 dB’s Fc FrequênciaNa configuração de Malha Fechada, o ganho do amplificador DC ou o ganho do amplificador de frequência zero é reduzido. No entanto, a largura de banda amplificador operacional é muito mais ampla, o que significa que a frequência com que o amplificador operacional aumentou para além desse estabelecendo um novo ponto de -3dB para o ganho actual e assim sucessivamente..A frequência em que o ganho de amplificador operacional é de apenas 1 ou está em 0 dB é chamada de frequência de ganho unitário e consta nas especificações do Ampop.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) :Devido a capacitâncias internas utilizadas nos amplificadores operacionais, existe um limite superior para o ganho no que diz respeito à frequência do sinal de entrada. Para ser mais preciso, o Produto Ganho de Banda Passante (GBP) é constante acima de uma certa frequência de operação. Sob operação de malha fechada o ganho é normalmente negociado com a largura de banda. A largura de banda máxima é para quando o ganho é 1→ FT.Exemplo: Se para o seguinte Ampop, com ganho em Malha Aberta de 100 dB’s(105) até 40Hz, encontrar a sua largura de banda máxima num circuito em Malha Fechada, com o ganho de 40 dB’s (100). Resposta: 40 kHz.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) : +15V Vin + Vout 10kΩ - -15V Vout /Vin = 100 990kΩ A=100000 100dB A=10000 80dB BW A=1000 60dB 20 dB/década Ganho Circuit AvCL A=100 40dB 20dB BW A=10 A=1 0dB FT 0Hz 10 Hz 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz14-04-2012 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) : Para usar um Ampop como amplificador temos que considerar algumas características fundamentais que são: Gain . Bandwith Product (Produto Ganho por Largura de Banda Passante) GBP Open Loop Gain (Ganho em malha aberta) AOLGain x Bandwith (Produto Ganho Banda Passante)GBP é constante em qualquer ponto dacurva, isto é: com um ganho de 200 a largura de banda é 5 Khz. =AOL.BW em que BW = FT/A  EX: BW=1.000.000 Hz / 200.000 = 5HzSendo FT a frequência de ganho unitário do A741, que é de 1MHZ, pelo que com o ganhomáximo (200.000) a BW é de 5Hz.  BW=1.000.000 Hz/200.000 = 5Hz  Para 1 MHz o ganho será 1  1.000.000=1.000.000 Hz / Ganho =  Ganho = 1.000.000/1.000.000=1 5Hz FT14-04-2012 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) : Exemplo:  Determine a frequência de corte (Fc) de um Ampop que tem uma frequência de Ganho unitário FT = 10 MHz e um ganho diferencial de voltagem de Ad = 20V/mV. Solução? ? Hz Como FT = 10 MHz Usando a equação do GBP: FT = Ad . FC 10MHz Fc = FT / Ad = 10 MHz / 20 V/mV 1 = 10  106 / 20  103 Fc FT = 500 Hz14-04-2012 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Gain . Bandwith Product (GBP) : μA741 Malha aberta: BW = fc = 5Hz Atenuação de 20dB/década entre A e B Ganho unitário: fT = 1 MHz Malha fechada: ( realimentação negativa): Avf = 10 ( 20 dB) Ganho unitário: fT = 1 MHz BW = 1MHz/10 = 100 kHz A freqüência de transição fT é fornecida no manual do fabricante fT BW  A vf14-04-2012 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Phase Margin e Gain Margin :Margem de ganho de um amplificador é o ganho no ponto em que já houve uma mudança de fase de 180 º. Se o ganho neste ponto é mais do que a unidade, em seguida, o amplificador vai ser instável.Isto é porque uma vez que houve uma mudança de fase 180 º, a realimentação a partir deste ponto passa a ser positiva, criando instabilidade e leva á saturação. Em termos de dBs, o ganho negativo (realimentação negativa) é estável a um deslocamento de fase de 180º. Vin+ R -V Vin AOL Vout - + VR 14-04-2012 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Phase Margin e Gain Margin :Margem de fase é a diferença entre a fase em que o ganho é a unidade (0 dB) e 180 º. Se a 0 dB o atraso de fase é maior, em seguida, a 180 º , o amplificador é instável. Isto é devido à razão explicada anteriormente. Isto implicaria que a margem de ganho é positiva. │Av│ 0 dB 0 dB f(Hz) Gain Margin Margens de ganho e de fase são medidas de estabilidade para um 0º f(Hz) sistema de feedback. -90º Phase Margin -180º14-04-2012 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Phase Margin e Gain Margin : Vout = A×[Vnoninv - Vinv] Fase do Ganho A + Frequência - 0° AOK Fase(A) Vout = -A[Vnoninv - Vinv] -180° - + NB Vout = +A[Vinv - Vnoninv] Realimentação Positiva!!14-04-2012 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos Phase Margin e Gain Margin : Resposta em frequência de um amplificadorEm todo amplificador aparecem elementos reactivos (condensadores, indutâncias, etc. Uns introduzidos por nos outros para realizar uma certa função (p.e. eliminar continua, filtrar, etc. e outras muitos parasitas (indutância de cabos, capacidades parasitas de uniões PN, etc. É conhecido como DIAGRAMA DE BODE a representação da variação de ganho de um amplificador com a frequência (módulo e argumento) Vin Relação de amplitudes (MÓDULO) A = MÓDULO = Relação de amplitudes A = ARGUMENTO = Desfase Vout  Desfase (ARGUMENTO)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Large-Signal Voltage Gain (VOM) :Ganho do Ampop em DC ou em baixas frequências. Este parâmetro é importante devido àrelação existente entre a largura de banda passante e o ganho. Assim, intrinsecamente,quando maior for o ganho maior será a largura de banda … Parâmetros Dinâmicos Slew Rate (SR) : • Slew Rate (SR): taxa de subida, taxa de resposta ou taxa de giro. Máxima taxa de variação de saída por unidade de tempo, V/s.Determinado pelo fabricante. V out  V Pico  sen  t V Vpico dV out SR  d tempo 0 f máximo Vout SR  V Pico    cos  t t 0 SR  V Pico   Para uma f determinada achamos um VPico máximo SR  V Pico  2  f14-04-2012 Por : Luís Timóteo 54
  55. 55. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos Slew Rate (SR) :É a velocidade de variação da tensão de saída, em resposta a um sinal aplicado na entrada, na frequência para a qual o circuito tem ganho 1. Efeitos de “Slew Rate “ Fmax = SR.106/2 .. Vpico SR= V SR = 2.. Fmax. Vpico t Vpico = SR.106/2.Fmax (Vo/ t)O efeito do “Slew Rate” é distorcer o sinal quando este ultrapassa a capacidade deresposta do Ampop. Mede-se em V/s. No 741 é da ordem de 0,5V/s mantendo-se constante com a frequência, varia a Vout max.No µA741 o SR= 0,5V/µs quer dizer que se se aplicar um impulso rectangular na entrada, a saída vai de 0 a 10V em: 10:0,5 = 20 µs.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 55
  56. 56. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Taxa de variação, SR, refere-se à taxa máxima de variação da saída do amplificador por unidade de tempo. Taxa de variação SR é expressa em:Taxa de variação SR expressa o quão rápido a saída do amplificador operacional pode acompanhar a entrada. No gráfico abaixo, o sinal de saída é "giro". O sinal de azul é aplicado à entrada do amplificador e o sinal vermelho, a saída, vai tentar seguir a entrada tão rápido quanto possível, mas na sobre as bordas de subida e de queda. V Vin 0 f Vout SR pode limitar a largura de banda usável de um circuito para um ponto muito menor do que o de - 3 dB de largura de banda14-04-2012 Por : Luís Timóteo 56
  57. 57. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Slew Rate (SR): Mede-se usando o Ampop com ganho unitário, aplicando á entrada um sinal quadrado , verificando-se a saída com o osciloscópio. Medição do SR14-04-2012 Por : Luís Timóteo 57
  58. 58. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Slew Rate (15V/μSec) 5V Vin Vin + Vout 15V em 0.2µs - 0V 10kΩ 20kΩ 15V Vout Vout(actual) 15V in 1µs 0V Vout(ideal)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 58
  59. 59. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Slew Rate (15V/μSec) Vin Vin + Vout 1kHz - +1V -1V 1kΩ 14kΩ Vout(ideal) Vout(actual) +15V -15V 15V/msec)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 59
  60. 60. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Slew Rate (SR): Exemplos de exercícios Um amplificador tem que responder, para que atinja sua potência máxima, a uma amplitude de 10Vp e possui uma SR = 0,5V/us. Qual a maior frequência com que ele poderá trabalhar sem exibir distorção por limitação de slew-rate? A condição é: fmax = SR.106/2..Vp fmax = (0,5V/s .106)/(2..10Vp) = 7.960Hz = 7,96kHz. Supondo que uma largura de banda de 20kHz nos seja apropriada, qual a tensão máxima de saída sem distorção. Assim como antes, inserimos os valores em: Vp = SR.106/2..fmax para obter: Vp = (0,5V/s.106)/(2..20000Hz) = 3,98Vp Para o Ampop LF 351, Vp = 10V e SR = 12V/ s. Qual é a FC ( fFP) para este amplificador? SR V p . 2 . . f FP  SR ou f FP  fFP = 12  191 kHz 2 . .V p 2  π  10( fFP) – Full Power Bandwidth=BW=FC14-04-2012 Por : Luís Timóteo 60
  61. 61. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Exercícios: 1. Para um determinado AOP o fabricante especificou um ganho máximo, em malha aberta, de 112 dB. Determinar o ganho do AOP (malha aberta) no ponto da freqüência de corte do mesmo. Av0(dB) = Avo (máx) (dB) -3dB Av0(dB) = 112 - 3 Av0(dB) = 109 dB 2. Em um amplificador, utilizando o CA 741 alimentado com  15 , deseja-se um sinal de saída com amplitude de 12 V. Determinar a freqüência máxima do sinal de entrada senoidal, dado que SR = 0,5 V/s. SR = 2fVp f = SR/ 2Vp f = 0,5.106/ 212 f=6,63KHz14-04-2012 Por : Luís Timóteo 61
  62. 62. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sParâmetros Dinâmicos : Slew Rate (SR) : Exercícios: 3. Repita o exercício anterior para o LM318, que possui SR = 70 V/s. SR = 2fVp f = SR/ 2Vp f = 70.106/ 212 f = 928,4 kHz 4. O AOP utilizado em um amplificador possui SR = 4V/s. Determinar a amplitude máxima do sinal senoidal de saída, não distorcido, na freqüência de 100 kHz. SR = 2fVp Vp = SR/ 2 f Vp = 4.106/ 2(105) Vp = 6,37 V14-04-2012 Por : Luís Timóteo 62
  63. 63. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos : Rise Time (Tr) : Há outro factor a considerar chamado “Transiente Response” ou “Rise Time” , (Tempo de resposta ou tempo de subida) como sendo o tempo que o sinal de saída leva desde 10% até 90% do seu valor final quando aplicado um impulso na entrada em condições de malha fechada. O “Rise Time (Tr).está relacionado com a largura de banda da seguinte forma: Tr = 0.35 /BW. BP = Fh - FI (Tr)– Rise Time. (Fh – frequência limite superior de corte menos 3 dB’s) No A741 é 10KHz (FI – frequência limite inferior de corte.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 63
  64. 64. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos : Rise Time (Tr) :  Rise-Time (Tempo de Subida - dado p/ fabricante ): Tempo gasto pelo sinal de saída para variar de 10% a 90% de seu valor final. Está relacionado com o Slew Rate (SR) e com a largura de Banda (BW) e voltagem máxima de saída Vp. (Vom) Para amplitudes altas: VP 0,35 BW ( MHz )  0 ,35 1  SR Tr  Avo  Avo ( máx ) Tr f 3dB Tr (  s ) 2 Avo ( dB )  Avo ( máx )( dB )  3 dB Vo(V) Frequência de corte: VoFrequência no qual temos uma redução 90%pela metade da potência de saída máximaou uma redução de 0,707 e na tensão desaída máxima: 10% Tr t(s)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 64
  65. 65. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos : Rise Time (Tr) :  OVERSHOOT ( sobrepassagem): Fornecida pelo fabricante, representa em percentagem, o quanto o sinal ultrapassa o seu valor máximo até atingir o estado permanente. Overshoot V os Vo(V) % V os   100 Vo Vo 90% 10% t(s) Tr14-04-2012 Por : Luís Timóteo 65
  66. 66. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos :Settling Time (TS) :Tempo de Estabilização, TS, é o tempo necessário para a tensão de saída estabilizar, dentro de uma percentagem especificada do valor final, em resposta a uma comutação rápida no sinal de entrada. Vin(V)É preciso um tempo finito para um sinal se propagar através do circuito Overshoot t(s) interno de um amplificador operacional e, portanto, que leva um Vo(V) Tolerância período de tempo para a saída para Vo reagir a uma mudança de passo na entrada. Além disso, a saída normalmente ultrapassa o valor alvo, exibe algumas oscilações amortecidas, e, em seguida, estabiliza num valor final. TS t(s)14-04-2012 Por : Luís Timóteo 66
  67. 67. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Parâmetros Dinâmicos :Settling Time (TS) :  Num DAC, tempo necessário para o sinal de saída para estabilizar dentro de + / - ½ LSB do seu valor final, após uma dada alteração na escala na entrada.  Limitado pela taxa de variação da saída do amplificador (SR).  Idealmente, uma mudança instantânea na tensão analógica da saída deveria ocorrer quando um novo dado binário entra no DAC.Exemplo:Para um sistema de 10 bits ts = 100ns1 LSB = 1/(210 - 1) * 100% = 0.0978%Op amp settling time << 100ns to 0.0978%14-04-2012 Por : Luís Timóteo 67
  68. 68. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Common Mode Rejection Ratio (CMRR): Factor de rejeição de modo comum - O CMRR expressa a capacidade do amplificador operacional rejeitar os sinais em modo comum, ou seja, sinais iguais. Modo Diferencial Modo Comum V oc V out V od R2 ACM   Ad   (V 2  V 1 )  V ic V in V id R1 2 V1 1 V2 1 214-04-2012 Por : Luís Timóteo 68
  69. 69. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Common Mode Rejection Ratio (CMRR): A Razão de Rejeição de Modo Comum, CMRR, é a capacidade de um amplificador operacional para rejeitar o sinal de modo comum enquanto amplifica o sinal diferencial. A CMRR é normalmente expressa em dB’s. As seguintes duas equações são duas formas diferentes de a calcular: Ad ΔV OS LMV651 CMRR (dB)  20 log  20 log ACM ΔV CM Fonte típica de tensão de modo comum é a interferência de 50 ou 60 Hz da rede AC. Designers de circuitos devem ter cuidado para garantir que a CMRR do amplificador operacional não é degradada por outros componentes do circuito. Os altos valores de resistência fazem o circuito vulnerável para o modo comum e outros ruídos. É importante para dimensionar as resistências para baixo e condensadores para cima até para preservar a resposta do circuito.Idealmente, esta relação seria infinita com tensões de modo comum a serem totalmente rejeitadas.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 69
  70. 70. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sOutros Parâmetros: Common Mode Rejection Ratio (CMRR):Se o amplificador operacional possui a mesma tensão de entrada em ambas as entradas, diz-se que ele está operando em modo comum e esta tensão de entrada é chamada de sinal em modo comum. Teoricamente, na saída não haveria nenhum sinal. Na prática, haverá um pequeno sinal na saída, com um pequeno ganho, chamado de ganho de tensão em modo comum. R2 A CMRR (dB)  20 log d R1 ACV1 V1 - VoutV2 + R2 Ad  V2 R1 60 Hz R1 720 Hz R2 V OC AC  V IC Vout 720 Hz Vid  V1  V 2 V out  V 2  V 1   A d  AC   Sinal verde – Modo diferencial Vid Sinal Azul – Modo Comum Vic  2 14-04-2012 Por : Luís Timóteo 70
  71. 71. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sOutros Parâmetros: Common Mode Rejection Ratio (CMRR):Medição da capacidade de um Ampop., de rejeitar sinais iguais aplicados a ambasas entradas. Pode ser expresso em dB’s ( também conhecido como factor dequalidade); para tal, usa-se uma montagem diferencial.., Medição do CMRR Rf = R3 Ad= R1 R2 Vout ACM= Vin 20Log Ad CMRR = dB ACM No 741 o CMRR é da ordem de 90 dB’s.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 71
  72. 72. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’sOutros Parâmetros: Common Mode Rejection Ratio (CMRR): EXERCÍCIOUm amplificador diferencial com uma entrada em modo comum de 400mv e uma entrada emmodo diferencial de 5mv, tem uma saída de 4mv devida à entrada de modo comum e umasaída de 5v devida á entrada de modo diferencial. Calcular a CMRR em dB’s Solução:? Vo ACM Vi C  4mv  0.01 V1 C 400 mv R2 Vod 5000 mv Ad   1000V1 R1 Vid 5 mv - V2 Vout 60 HzV2 + 720 Hz R1 CMRR(dB)  20 log Ad ACM  1000  5V R2  20log    20log1000  20  4  80dB s .  0,1  720 Hz Vout 4mV 60 Hz14-04-2012 Por : Luís Timóteo 72
  73. 73. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Power Supply Rejection Ratio (PSRR):Razão de Rejeição da Fonte de Alimentação, PSRR, é a relação da alteração da tensão da saída, para uma variação da tensão de alimentação. É normalmente expressa em dB’s. A seguinte equação é uma forma simples de calcular o índice de PSRR. ΔV DD PSRR dB  20log ΔV OS  PSRR é um indicador da capacidade do dispositivo para manter a precisão do desempenho quando operando a partir de uma fonte de alimentação não regulada.  PSRR é também uma indicação da capacidade do dispositivo para rejeitar ruído de baixa frequência nas linhas de alimentação. Com PSRR fraca pode causar o aparecimento de sinais espúrios e distorção harmónica em aplicações AC, devido a componentes externos de intermodulação. Um “circuit designer” deve isolar (buffer) um amplificador com PSRR vs. Frequency -LMV651 PSRR baixo, para combater os problemas que possam surgir.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 73
  74. 74. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Power Supply Rejection Ratio (PSRR):Para medir este parâmetro, uma possível maneira, terá que se montar um circuito com montagem seguidora ( ganho 1), com compensação de offset, e entradas á massa.Dispor de uma Fonte de Alimentação com Set Up. possibilidade de modulação e um Analizer. ΔV DD PSRR dB  20log Medição ΔV OS14-04-2012 Por : Luís Timóteo 74
  75. 75. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N):Distorção harmónica total mais ruído, THD + N, é a relação de todos os outros componentes de frequência para a fundamental.Compara o conteúdo de frequência do sinal de saída com o conteúdo de frequência da entrada. Idealmente, se o sinal de entrada é uma onda sinusoidal pura, o sinal de saída é uma onda sinusoidal pura. Devido a não-linearidade e fontes de ruído dentro do Ampop, a saída nunca é pura. É geralmente especificada como uma percentagem e é encontrada com a seguinte fórmula:  V 2  V 2  V 2 ...V 2  V 2  THD  N     100% 2 3 4 n noise  V in    Duas razões principais para a distorção em um amplificador operacional são o limite de oscilação da tensão de saída (VOM) e taxa de variação (SR).14-04-2012 Por : Luís Timóteo 75
  76. 76. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N):Normalmente, um amplificador operacional deve operar abaixo de suas condições operacionais recomendadas para ter uma THD baixa. A figura seguinte mostra um gráfico Fundamental hipotético, onde THD + N = 1%. Harmónicas  A fundamental é da mesma frequência que o sinal de entrada. Comportamento não linear dos amplificadores resultam em harmónicas da fundamental produzidas na saída. Ruído(Noise) O ruído na saída é principalmente devido ao ruído de entrada do amplificador operacional. Todas as harmónicas e ruídos somados compõem 1% da fundamental.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 76
  77. 77. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N): A figura seguinte é tipicamente encontrada nas folhas de dados National Semiconductor. Mostra THD + N versus frequência.14-04-2012 Por : Luís Timóteo 77
  78. 78. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Parâmetros não ideais dos Ampop’s Outros Parâmetros: Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N): Exemplo: 500 HzTime-domain graph at full output (3.5w), 8 ohms14-04-2012 Por : Luís Timóteo 78
  79. 79. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Dúvidas?14-04-2012 Por : Luís Timóteo 79
  80. 80. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais – Imperfeições Bibliografias Manuel G. Gericota : Practical Op Amp Parameters definitions http://www.technologystudent.com/elec1/opamp3.htm http://www.national.com/AU/design/courses/268/ http://www.matni.com/Arabic/Elec-Info/LM741%20DETAILS/741.html http://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications ttp://www.ee.ed.ac.uk/~afm/teaching/ee1_0607/3_opampnasties/lecture.ppt http://www.dogstar.dantimax.dk/tubestuf/mnibl2-3.htm14-04-2012 Por : Luís Timóteo 80

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