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Carregado porFrancisco Costa
Aplificadores operacionais
O documento discute amplificadores operacionais, descrevendo sua evolução desde tubos de vácuo até circuitos integrados. Destaca suas características, modos de operação e importância em aplicações analógicas, assim como a necessidade de uma proteção contra ruídos. Também menciona o uso de realimentação negativa como fundamental para controle de processos automáticos.
Aplificadores operacionais
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- 2. O termoamplificador operacional designou,O termo amplificador operacional designou, inicialmente, um tipo de amplificador que,inicialmente, um tipo de amplificador que, mediante a escolha adequada demediante a escolha adequada de componentes do circuito em que era inserido,componentes do circuito em que era inserido, podia desempenhar uma série de operaçõespodia desempenhar uma série de operações tais como amplificação (multiplicação),tais como amplificação (multiplicação), adição, subtracção, diferenciação eadição, subtracção, diferenciação e integração ..integração .. A primeira aplicação dos amplificadoresA primeira aplicação dos amplificadores operacionais foi, por isso, em computadoresoperacionais foi, por isso, em computadores analógicos ..analógicos ..
- 4. Os primeirosprotótipos de amplificadoresOs primeiros protótipos de amplificadores operacionais (AmpOp) eram tubos de vaziooperacionais (AmpOp) eram tubos de vazio pelo que gastavam muita energia, erampelo que gastavam muita energia, eram grandes e caros ..grandes e caros .. A primeira miniaturização surgiu com oA primeira miniaturização surgiu com o transístor bipolar de junção e levou ao usotransístor bipolar de junção e levou ao uso mais generalizado dos AmpOps. No entantomais generalizado dos AmpOps. No entanto o seu uso corrente só ocorreu com oo seu uso corrente só ocorreu com o aparecimento dos circuitos integrados, naaparecimento dos circuitos integrados, na década de 60 ..década de 60 ..
- 5. Um amplificadoré um dispositivo com umaUm amplificador é um dispositivo com uma entrada e uma saída. A saída está relacionadaentrada e uma saída. A saída está relacionada com a entrada através da equação: saída =com a entrada através da equação: saída = entrada x ganho em que o ganho é umaentrada x ganho em que o ganho é uma constante de proporcionalidade ..constante de proporcionalidade .. Por este facto também é designado porPor este facto também é designado por amplificador linear ..amplificador linear .. O modelo mais comum é o amplificador deO modelo mais comum é o amplificador de tensão no qual a entrada e a saída são sinaistensão no qual a entrada e a saída são sinais de tensão. Quer a entrada quer a saída podemde tensão. Quer a entrada quer a saída podem ser substituídas pelo circuito equivalente deser substituídas pelo circuito equivalente de Thévenin, ou seja, um gerador de tensão emThévenin, ou seja, um gerador de tensão em série com uma resistência ..série com uma resistência ..
- 8. À medidaque o sinal progride da fonte paraÀ medida que o sinal progride da fonte para a carga sofre primeiro uma atenuação naa carga sofre primeiro uma atenuação na entrada, depois é amplificado de Aoc dentroentrada, depois é amplificado de Aoc dentro do amplificador e depois de novo atenuado àdo amplificador e depois de novo atenuado à saída. Estas atenuações são normalmentesaída. Estas atenuações são normalmente designadas por “carga” ..designadas por “carga” .. Constituem um efeito indesejável na medidaConstituem um efeito indesejável na medida em que tornam o ganho dependente daem que tornam o ganho dependente da fonte e da carga de saída, para além defonte e da carga de saída, para além de implicarem uma redução no ganho ..implicarem uma redução no ganho ..
- 9. Aproximadamente 1/3dos CI’s lineares sãoAproximadamente 1/3 dos CI’s lineares são Amplificadores Operacionais (AmpOp). IssoAmplificadores Operacionais (AmpOp). Isso decorre da necessidade de se ter um circuitodecorre da necessidade de se ter um circuito amplificador de fácil construção e controle, eamplificador de fácil construção e controle, e de boa qualidade ..de boa qualidade .. O Amplificador Operacional é umO Amplificador Operacional é um componente activo usado na realização decomponente activo usado na realização de operações aritméticas envolvendo sinaisoperações aritméticas envolvendo sinais analógicos ..analógicos .. Os Amp Op são amplificadores queOs Amp Op são amplificadores que trabalham com tensão contínua tão bemtrabalham com tensão contínua tão bem como com tensão alternada. As suascomo com tensão alternada. As suas principais características são:principais características são:
- 10. Alta impedânciade entradaAlta impedância de entrada Baixa impedância de saídaBaixa impedância de saída Alto ganhoAlto ganho Possibilidade de operar comoPossibilidade de operar como amplificador diferencialamplificador diferencial
- 11. AmplificaçãoAmplificação Regulaçãode SistemasRegulação de Sistemas FiltragemFiltragem Operações lineares e não linearesOperações lineares e não lineares Controlo de processosControlo de processos
- 12. SomaSoma DiferençaDiferença IntegraçãoIntegração LogaritmoLogaritmo
- 13. O amplificadoroperacional podeO amplificador operacional pode funcionar em três modos:funcionar em três modos: Realimentação PositivaRealimentação Positiva Realimentação NegativaRealimentação Negativa Malha Aberta (Sem Realimentação)Malha Aberta (Sem Realimentação)
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- 15. Malha Aberta(Sem Realimentação)Malha Aberta (Sem Realimentação)
- 16. Amplificador InversorAmplificador InversorAmplificador Não InversorAmplificador Não Inversor
- 17. Em determinadascircunstâncias existeEm determinadas circunstâncias existe a necessidade de bloquear a correntea necessidade de bloquear a corrente contínua e amplificar apenas a correntecontínua e amplificar apenas a corrente alternada. Este tipo de aplicação éalternada. Este tipo de aplicação é executado com a inclusão de umexecutado com a inclusão de um condensador de acoplamento ..condensador de acoplamento .. Para que funcione como amplificador dePara que funcione como amplificador de Corrente alternada adiciona-se C1 e C2Corrente alternada adiciona-se C1 e C2 conforme de vê na imagem seguinte ..conforme de vê na imagem seguinte ..
- 18. É preferívelÉpreferível projectar o circuitoprojectar o circuito de modo que osde modo que os condensadores nãocondensadores não apresentemapresentem reactâncias muitoreactâncias muito elevadas ..elevadas ..
- 19. A entradadiferencial de um AmpOpA entrada diferencial de um AmpOp pode ser danificada se a tensãopode ser danificada se a tensão exceder o máximo da tensãoexceder o máximo da tensão diferencial na entrada ..diferencial na entrada .. Por exemplo, para o CI 741 a tensão éPor exemplo, para o CI 741 a tensão é de ±30V. Por definição, a tensãode ±30V. Por definição, a tensão diferencial de entrada é medida a partirdiferencial de entrada é medida a partir da entrada não inversora para ada entrada não inversora para a entrada inversora do AmpOp ..entrada inversora do AmpOp ..
- 20. Fontes deruídos ou interferências, próximasFontes de ruídos ou interferências, próximas dos circuitos com operacionais, podem alterardos circuitos com operacionais, podem alterar o nível de tensão CC de alimentação doo nível de tensão CC de alimentação do integrado, a qual deve ser estabilizada comintegrado, a qual deve ser estabilizada com ripple o mais reduzido possível ..ripple o mais reduzido possível .. A alteração do valor de tensão provocada porA alteração do valor de tensão provocada por ruído ou oscilações parasitas pode prejudicarruído ou oscilações parasitas pode prejudicar a resposta do circuito e, em função daa resposta do circuito e, em função da aplicação e dos níveis dos sinais processados,aplicação e dos níveis dos sinais processados, poderá provocar erros grosseiros e perigosospoderá provocar erros grosseiros e perigosos no sistema ..no sistema ..
- 21. Para protegero AmpOp contra ruídos ePara proteger o AmpOp contra ruídos e oscilações da fonte de alimentação,oscilações da fonte de alimentação, coloca-se um condensador de 0,1µFcoloca-se um condensador de 0,1µF entre a terra e cada um dos terminaisentre a terra e cada um dos terminais de alimentação. Os condensadoresde alimentação. Os condensadores atuam como condensadores deatuam como condensadores de passagem para as correntes parasitas,passagem para as correntes parasitas, normalmente de alta frequência,normalmente de alta frequência, produzidas ao longo dos condutoresproduzidas ao longo dos condutores entre a fonte de alimentação e oentre a fonte de alimentação e o circuito ..circuito ..
- 22. Ganho de mododiferencial RC 2 vod + - 1mvg π 1vπ + - rπ 2 vid Cm id od d Rg V V A −== TT C m V I V I g 2 α == Obs.: Se a saída tomada for simples o ganho diferencial será: Cm id o d Rg V V A 2 11 −==
- 23. +VDD vo1 vo2 + -vod RD Q 1Q 2 -VSS I v2v1 RD
- 24. Tensão de offset(VOS) -VEE VOS + - RC2 RC1 Q2Q1 VCC 0V -VEE RC1 RC2VOD +- Q1 Q2 VCC I I VOS é a tensão que deve ser aplicada à entrada de modo que a tensão na saída seja igual a zero d OD OS A V V =
- 25. A maioriados amplificadores de propósitoA maioria dos amplificadores de propósito geral são vendidos a menos de um euro cada.geral são vendidos a menos de um euro cada. Os projetos modernos são feitos considerandoOs projetos modernos são feitos considerando uma série de irregularidades de modo queuma série de irregularidades de modo que muitos amp ops produzidos podem aguentarmuitos amp ops produzidos podem aguentar curto-circuitos nas suas saídas sem nenhumcurto-circuitos nas suas saídas sem nenhum dano ..dano .. Uma das chaves para a usabilidade destesUma das chaves para a usabilidade destes circuitos está no princípio da engenharia decircuitos está no princípio da engenharia de realimentação, particularmente arealimentação, particularmente a realimentação negativa, que constituiu arealimentação negativa, que constituiu a fundação de praticamente todos os controlefundação de praticamente todos os controle de processos automáticos ..de processos automáticos ..
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