Amplificadores Operacionais: Características, Tipos e Aplicações - Prof. Nogueira, Resumos de Eletrônica

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Eletrônica Analógica II

Apostila 2

Prof. Me. Eng. Eduardo José Nogueira

• Sumário 2 – Amplificadores operacionais
  • 2.1 2.2 – – Amplificador operacional de uso geralPrincipais características de um amplificador operacional
    • 2.2.1 2.2.2 - – Amplificador operacional ideal Amplificador operacional real
• Referências:

2.1 – Amplificador operacional de uso geral Todos os amplificadores operacionais possuem no mínimo cinco terminais. As figuras 2.2 e 2.3 re-

presentam o esquema do popular amplificador operacional de uso geral 741. O símbolo do amplificador é um triângulo que aponta no sentido do fluxo de sinal.

FIGURA 2.2: Símbolo esquemático do amplificador operacional 741.

A descrição dos pinos do amplificador operacional 741, exibidos na Figura^ FIGURA 2.3: Aparência física, à esquerda, e pinagem do CI 741, à direita. 2.3, é detalhada na Tabela 2.1.

U

TABELA 2.1: Pinagem e função do CI 741.

FIGURA 2.4: Conexão de duas fontes de alimentação formando uma fonte simétrica. vestimento apropriado. A Figura conhecidos como encapsulamentos DIPs (dual^ Os amplificadores operacionais são fabricados em uma fina camada de silício e embalados em re- 2.5 exibe o esquema dos encapsulamentos populares de 8 e 14 pinos-in line packages). Os fabricantes combinam a simbologia do circuito de um determinado amplificador operacional junto com o desenho do encapsulamento.

2 12V

2 12V

+Vcc (+12V)

-Vcc (-12V)

TABELA 2.3: Fabricantes e códigos do AO 741.

2.2 – Principais características de um amplificador operacional

principais características de um amplificador operacional real.^ Neste tópico^ apresentaremos as principais características de um amplificador operacional ideal e as

2.2.1 - Amplificador operacional ideal

Idealmente, as características de um amplificador operacional sã a. b. Impedância de entrada infinita (correntes de polarização de entrada nulas);Impedância de saída nula; o: c. d. e. Ganho de tensão infinito em malha aberta;Tensão e corrente de offset nulas;Resposta de frequência infinita; f. g. Slew rate infinito; (taxa de respostRazão de rejeição de modo comum (MCRR) infinito (o sinal de saída é nulo se dois sinais iguais são aplicados simultaneamente nas entradas);a da saída para uma ocorrência na entrada); Na prática estes parâmetros perseguid^ h.^ Insensibilidade à temperatura. os pelos fabricantes, mas são limitados e podem ser encon- trados nos catálogos (datasheets) fornecidos por estes.

2.2.2 – Amplificador operacional real

de sinais de pequena amplitude possa ocorrer é necessário que o amplificador possua elevado ganho de^ a.^^ Um AO é caracterizado por seu ganho de tensão em malha aberta (Avo). Para que a amplificação Ganho de tensão tensão. Idealmente o ganho de tensão de um AO deveria ser infi sível, porém consegue ficador 741, que possui um ganho de aproximadamente duzentas mil vezes (Avo = 200.000).-se fabricar AOs com ganhos relativamente elevados. Como exemplo temos o ampli-nitamente grande. Na prática isto é impos- variação da tensão de saída para uma dada variação da tensão de entrada sendo medido em corrente contínua (CC) ou em frequências muito baixas.^ O ganho de tensão de malha aberta, ou ganho de tensão diferencial, é definido como a relação da um amplificador.^ Conceitua-se o ganho de tensão como a relação^ entre a tensão de saída e a tensão de entrada de

grande.^ A utilização do ganho expresso em decibéis (dB) justifica-se quando o ganho de tensão Av é muito

tando um amplificador, e este alimentando uma carga.^ b.^^ A Figura Impedância de entrada e impedância de saída^ 2.6^ representa o modelo (diagrama de impedâncias) de uma fonte geradora de sinal alimen- Onde: • • Vi é a fonte geradora de sinalRi é a resistência interna da fonte

• • • Zi é a impedância de entrada do amplificadoZo é a impedância de saída do amplificador operacionalRL é a resistência da carga r operacional (Vzi) pode ser obtida pelo divisor de tensão formado pela sinal e pela impedância de entrada do amplificador. Desta forma temos,^ Analisando o modelo da Figura^ 2.6, verificamos que a tensão na entrada do amplificador operacional fonte de sinal, pela resistência interna da fonte de

c. Tensão de offset das.^ Idealmente, a saída de um amplificador operacional é nula quando suas entradas são curto circuita- Nos AOs reais, devido principalmente a um casamento imperfeito dos dispositivos de entrada, nor- malmente diferencial, a te potencial zero. Isto significa dizer que há uma tensão contínua equivalente na entrada, chamada de tensão de offset. nsão de saída pode ser diferente de zero quando ambas as entradas estão no Vo deveria ser nula quando as entradas V1 e V2 forem iguais a zero (V1 = V2 = 0). Devido às diferentes características construtivas dos transistores Q1 e Q2, tem^ Observando a Figura^ 2.7, referente a um amplificador diferencial-se um desbalanceamento nas correntes dos cir-, verifica-se que a tensão de saída cuitos. Neste age como um sinal diferencial aplicado na entrada do AO e é transferida para a saída O módulo da diferença entre Vbe1 e Vbe2 é conhecido como tensão de offset de entrada. Esta tensão caso teremos: Vbe1≠Vbe2. – de forma amplificada

• como tensão diferencial de saída. Esta tensão é denominada tensão de offset de saída.

O valor da tensão de offset nos amplificadores comerciais está situado na faixa de 1 a 100 mV. Os^ FIGURA 2.7: Amplificador diferencial. componentes comerciais são normalmente dotados de entradas para ajuste da tensão de offset. Como exemplo temos o amplificador 741 (Figura de offset. 2.2), que disponibiliza os pinos 1 e 5 para fazer a compensação

apresentam correntes de polarização em suas entradas. Geralmente essas correntes sã^ d.^^ O amplificador operacional ideal apresenta impedância de entrada infinita. No entanto, AOs reais Corrente de offset o devidas às cor- rentes drenadas pela base dos transistores bipolares (correntes I1 e I2 da Figura fuga nas portas dos transistores de efeito de campo pertencentes ao estágio de entrada do amplificador operacional. Idealmente as correntes de entrada são nulas. 2.7) ou pelas correntes de

as correntes I+ e I^ e.^^ Idealmente não deveriam circular correntes nas entradas do amplificador operacional. Neste caso, Corrente de polarização - , exibidas na Figura 2.8 (a seguir), deveriam ser nulas. Como na prática a impedância de entrada não é infinita, o amplificador operacional drena pequenas correntes por meio de seus terminais de entrada.

FIGURA 2.8: Correntes de polarização em um AO seja:^ Desta forma define-se corrente de polarização como a média do módulo das correntes drenadas, ou

nada variação de tensão na sua entrada. A presença de capacitâncias internas no AO impossibilita que a^ f.^^ Define Slew rate (SR) - se slew^ rate como a velocidade de resposta de um amplificador operacional a uma determi- tensão de saída varie instantaneamente quando ocorrer uma variação na ten teremos um atraso na resposta do amplificador conforme detalhe exibido na Figurasão de entrada. Desta forma, 2.9.

FIGURA 2.9: Slew rate em um AO.

U

OPAMP

R

R

V R

I+^ I-

Referências:

[ [2] 1 ] SIQUEIRA, Marco T. C. PERTENCE JR, A. - Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos – Instrumentação Eletrônica – Apostila da – Esco Bookman.la Politécnica da Disponível em Minha Bi- UNINTER-PR. blioteca [ 3 ] COUGHLIN, R. F. Operational amplifiers and linear integrated e na biblioteca física do UNIALFA. circuits. 6. ed. Pearson, 2015. [4] ponível em Minha Biblioteca MALVINO, Albert P. & BATES, David J. e na biblioteca física do UNIALFA. – ELETRÔNICA, volume 2, 8ª edição, Mc. Graw Hill, 2016. Dis-