Ampops introdução

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Introdução aos amplificadores operacionais.

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Ampops introdução

  1. 1. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Amplificadores Operacionais Não concordo com o acordo ortográfico06-03-2012 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Tópicos  Ampop’s- Aparência física.  Identificação de IC - sinais e pinos.  Ampop’s – uma miradela no interior…  Ampop – Comportamento ideal.  Comparador – Circuito em Malha Aberta.  “Buffer”- Circuito de ganho unitário.06-03-2012 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução LM741 Texas Instruments 741 Op Amp Offset? 1 8 Sem Ligação Entrada Inversora (-) 2 - 7 Alimentação Positiva, V+ (+15V?) Entrada não Inversora(+) 3 + 6 Saída Alimentação Negativa, V- (-15V?) 4 5 Offset?06-03-2012 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução LM741: Diagrama06-03-2012 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução LM747 Texas Instruments 747 Op Amp(s) 1 Entrada Inversora A(-) 14 Offset A? Entrada não inversoraA(+) 2 13 Alimentação Positiva A, V+ (+15V?) Offset A? 3 12 Saída A Alimentação Negativa, V- (-15V?) 4 11 Sem ligação Offset B? 5 10 Saída B Entrada Não Inversorat B(+) 6 9 Alimentação B, V+ (+15V?) Entrada Inversora B(-)7 8 Offset B?06-03-2012 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução LM348N Nat. Semi. LM348N Op Amp(s) Saída A 1 14 Saída D Entrada Inversora A(-) 2 13 Entrada Inversora D(-) Entrada não Inversora A(+) 3 12 Entrada não Inversora D(+) Alimentação Positiva V+ (+15V?)4 11 Alimentação Negativa, V- (-15V?) Entrada Não Inversora B(+) 5 10 Entrada não Inversora C(+) Entrada Inversora B(-) 6 9 Entrada Inversora C(-) Saída B 7 8 Saída C06-03-2012 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Amplificador Operacional Pinagem Alimentação Positiva V+Entrada não Inversora Vnoninv + Saída Vout Entrada Inversora Vinv - Alimentação Negativa V -06-03-2012 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Amplificador Operacional: Malha Aberta Ganho/Amplificação A Vnoninv + Vout = A(Vnoninv-Vinv) Vinv - A (ganho ou amplificação) é enorme ... ≈ 105 para um 741 em DC06-03-2012 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop Ideal: Características  Amplificador Diferencial  Vout = A × ( Vnoninv - Vinv )  Vinv = Vnoninv deve dar Vout = 0  Impedância de Entrada = ∞  Não circula corrente nos terminais de entrada.  Impedância de saída = 0 • Grande corrente de saída/Entrada, se necessário, no terminal de saída, sem afectar Vout .  Ganho A = ∞06-03-2012 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Exercício!...-Malha aberta Ganho A = 1000 em malha aberta (open-loop, mas não ∞!) Vout = +15V a) +10V? 4.9V +15V + b) -15V? 10kΩ Vout - c) -10V? 5kΩ -15V d) -100V? 0V Solução06-03-2012 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Malha aberta -Linearidade. Varie Vnoninv de -12V → +12V Vout = 100(Vnon-Vinv) aqui VOLTAGEM 15 Vinv = 3V Vnon +15V 10 (d) (c) + Vout 5 3V 0 V (b) - non -5 -10 (a) Vout -15V -15 Ganho = 100 (grande, mas não ∞) Tempo Zona Linear Efectivamente, este circuito é um (a) Vout = 100×(-12 - 3) = -1500V → -15V Comparador (Malha Aberta)…mas a (b) Vout = 100×(2.85 - 3) = -15V linearidade está limitada pela (c) Vout = 100×(3.15 - 3) = +15V alimentação…Não pode dar mais, do (d) Vout = 100×(+12 - 3) = +900V → +15V que aquilo que tem!...06-03-2012 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Malha aberta -Comparador Circuito de alarme !... Vsinal +15V + Lâmpada de Vmax = sobrecarga? - -15V -15V VmaxVsinal A lâmpada acende quando: Vsinal>Vmax06-03-2012 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Malha aberta -Comparador Circuito de alarme !... Vvazio +15V + Falta de VManómetro = Combustível? - -15V -15V Lâmpada acende quando VManómetro<VvazioVManómetro Vvazio06-03-2012 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Sensor Amplificador06-03-2012 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Impedâncias Sensor Amplificador RS I Rout Vout VR VS Vin Rin GVin A voltagem (potencial) VS está dividida entre Rin e Rs Então: Vin < Vs !...06-03-2012 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Exercício (a) 1Ω (b) 100Ω (c) 100Ω 100Ω x10 1Ω x10 100Ω x10 a) sensor→a→b→carga?Dispondo dos três circuitos acima a, b, e c. b) sensor→a→c→carga? – Qual seria a ordem de montar dois em c) sensor→b→c→carga? “cascata”, de modo a obter o máximo de d) sensor→b→a→carga? ganho entre o sensor e a carga no circuito e) sensor→c→a→carga? seguinte? f) sensor→c→b→carga? (c) a, b ou c? a, b(a) c? ou Solução 1Ω 100Ω 1Ω 100Ω x10 100Ω x10 1Ω Overall gain = 0.99 x10 x0.5 x10 x0.506-03-2012 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Impedâncias Vnon Vnon + Vout Rout Vinv = Rin - A(Vnon- Vinv) Vout Vinv Este é o circuito EQUIVALENTE para um Ampop Ideal: Rin= ∞, Rout = 0, A= ∞06-03-2012 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Amplificador? +15V  Vout = A(Vnon-Vinv) Vinput = Vnon +  Vout = A(Vinput-Vinv) Vout  Vinv=Vout Vinv -  Vout = A(Vinput-Vout) -15V  ÷A  Vout/A= Vinput-Vout  A → ∞, -15V<Vout<+15V  0 = Vinput-Vout  Vout=Vinput Nota = Neste caso Vnon = Vinv …06-03-2012 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Amplificador? VOLTAGEM +15V 15 10 Vinput = Vnon + 5 Vout Vin 0 Vinv -5 - -15V -10 -15 VOLTAGEM TEMPO 15 10 5 Vout 0 =Vinv-5 -10 -15 “Animação” TEMPO06-03-2012 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Amplificador? – Isto faz exatamente o mesmo!... Vout = A(Vnon-Vinv) Vinput = Vnon + Vout = A(Vinput-Vinv) Vout Vinv  Não circula corrente por Vinv -  Portanto não há corrente em R. I=0  V=RI = 0V aos terminais de R.  Então Vinv=Vout Vout = A(Vinput-Vout) R  ÷A Vout/A= Vinput-Vout A→∞ Vinput-Vout = 0 Vout=Vinput06-03-2012 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: Amplificador Amplificador? – Buffer: Ganho Unitário Vin + Vout -  Vout = Vin  Ganho = 1 Vin Vout  Rin = ∞ 0V Ganho=1  Rout = 0 0V  Com Ampop Ideal:  Não gasta corrente da fonte do sinal.  Toda a corrente é aplicada á carga.06-03-2012 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer” ou isolador Vin Rout para a fonte > 0, Rin para Rload < ∞ Vout Vdrop > 0 Rin < ∞ + Vin Rout > 0 I >> 0 Vout < Vin Fonte Carga06-03-2012 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer” ou isolador Rout para a fonte > 0, Rin para Rload < ∞ Vdrop = 0 I>0 ∞ 0 + Vout = Vin Rin < ∞ Rout > 0 I=0 Vin Vout = Vin Fonte Carga06-03-2012 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer” ou isolador Rout para a fonte > 0, Rin para Rload < ∞ Vdrop = 0 + I>0 - Rin < ∞ Rout > 0 I=0 Vin Vout = Vin Fonte Carga06-03-2012 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer” ou isolador Exemplo: Amplificador de Áudio Microfone Andar Entrada Volume Andar Control Buffer06-03-2012 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer”-isolador Exemplo: Amplificador de Áudio Microfone Andar 300Ω Entrada Nós queremos que TODOS ~ 0.2mV os 0.2mV e TODO o Vout passe ... Máxima transferência de voltagem. Volume control ... Mínima perda de corrente. Vout Buffer Maximizar impedância deVin Stage entrada para os “Andar de Entrada” e para “Andar Buffer”.06-03-2012 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Ampop: “Buffer-isolador /seguidor” Exemplo: Amplificador de Áudio Microfone + - 300Ω ~ TODOS os 0.2mV e 0.2mV TODO o Vout passou ... Máxima transferência de voltagem. Volume control ... + Mínima perda de Vout corrente.Vin - Impedância de entrada infinita para os “Andar de Entrada” e para “Andar Buffer”.06-03-2012 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Sumário  Deve saber...  Identificar um Ampop.  O que o Ampop faz.  Que sinais espera e os que produz.  Por que é de uso limitado, tal como está (open-loop)  Como funciona um buffer de ganho unitário.  Como “isolar” componentes de sistemas com altas impedâncias de saída.06-03-2012 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Dúvidas?06-03-2012 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Bibliografias Original from: Alan Murray – University of Edinburgh06-03-2012 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Electrónica Analógica: Amplificadores Operacionais - Introdução Exercício!...-Malha aberta Ganho A = 1000 em malha aberta (open-loop, mas não ∞!) +15V Solução Vout = 4.9V +15V a) +10V?10kΩ + Vout Vout = A (Vnon – Vinv ) b) -15V? 15V? - +15V 5kΩ -15V Vinv=10kΩ +5kΩ 5kΩ = x 5V c) -10V? d) -100V? 0V Vout = 1000 (4.9 – 5)= -100V mas…O Ampop só é alimentado com ±15V, logo a tensão de saída Vout será ~(-15V) logo:06-03-2012 Por : Luís Timóteo 31

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