EN 2602 – Fundamentos de Eletrônica

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EN 2602 – Fundamentos de Eletrônica

NBESTA007-13SA – Eletrônica Analógica Aplicada

NBESTA00713SA – Eletrônica Analógica Aplicada

Prof. Rodrigo Reina Muñoz

[email protected]

2o _{Trimestre de 2018}

AULA 09

Amplificadores Operacionais

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➢

_{Conversor Analógido para Digital (A/D)}

➢

_{Aplicações em filtros ativos}

➢

_{Amplificador de Instrumentação}

➢

_{SCHMITT TRIGGER}

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EN 2602 – Fundamentos de Eletrônica

Conversor Digital-Analógico (D/A)

Exemplo:

1 0 1 1₂ → 11₁₀→ v₀= v₁ = v₃ = 5 V; v₂ = 0 V

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Valor médio

Cálculo do valor médio com amplificador

Pode-se calcular a média dos valores das entradas de um amplificador

somador fazendo a relação R_f/R igual ao recíproco do número de entradas

(n):

Exemplo: Calcule a média das tensões de entrada para o circuito da seguinte

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V_in1

V_in2

V_in3

V_in4

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Filtros Ativos – Passa-Baixa

Ganho na banda média (abaixo de fc)

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Filtros Ativos – Passa-Baixa

Exemplo:

Calcule a frequência de corte de um filtro passa-baixas de primeira ordem

para R = 1,2 kΩ e C = 0,02 µF.

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Filtros Ativos – Passa-Alta

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Filtros Ativos – Passa-Alta

Exemplo:

1) Calcule o ganho e fc para o filtro passa-altas de segunda ordem. Dados,

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Filtros Ativos – Passa-Faixa

Associação em cascata entre o FPB e o FPA; fci ≤ fcs/10.

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Filtros Ativos – Passa-Alta

Exemplo:

1) Calcule as frequências de corte do filtro passa-faixa da figura anterior com

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Observe que a f é bem aproximada do valor calculado!

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Fornece uma saída proporcional à diferença entre duas entradas.

Um potenciômetro é utilizado para ajustar o ganho do circuito.

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O ganho do circuito pode ser controlado por Rp

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O amplificador de instrumentação nos permite obter algumas características

muito especiais, tais como:

a) Resistência de entrada extremamente alta.

b) Resistência de saída menor que a dos Amp-OP's comuns.

c) CMRR superior a 100dB.

d) Ganho de tensão em malha aberta muito superior ao dos Amp-OP's comuns.

e) Tensão de OFFSET de entrada muito baixa.

f) DRIFT extremamente baixo.

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Para o Amp-OP de instrumentação tipo LH 0036 (da NATIONAL), as

características citadas anteriormente apresentam os seguintes valores

típicos:

Amplificador para Instrumentação

a) Ri = 300 MΩ.

b) Ro = 0,5 Ω

c) CMRR = 100dB.

d) A_vo = Baixo (<3x106₎

e) VOFFSET = 0,5 mV. f) DRIFT = 10 µ V/°C.

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BLINDAGEM: Deve-se utilizar a blindagem do sinal para se reduzir correntes

de fuga.

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Passos para analisar o amplificador de instrumentação, ou seja, encontrar a

expressão que relaciona a sua saída com a diferença dos sinais de entrada:

1) Determinar as tensões nos nós negativos dos Amp-Ops da entrada

2) Obter as expressões das tensões nos nós de saída destes Amp-Ops

3) Aplicar a expressão do amplificador subtrator para determinar a tensão de

saída.

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Amplificador para Instrumentação

+ 0 V -V1 -0 V + V2 Vo1 Vo2 V1 V2

(V1 – v2)/R1

R2

+

(V1 – v2)

- (V1 – v2)/R1

R2 R4 R3 R3 R4 +

[(V1 – V2)(1 + (2R2)/R1)]

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Detecção de cruze por zero

Por causa do alto ganho do amplificador, uma diferença muito pequena de

tensão entre as entradas causa que a saída alcance seu valor máximo

V_out

+V_out-max

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• Quando o sinal de entrada cruza por zero no sentido ascendente, a saída

vai para o nível máximo positivo. Quando cruza por zero no sentido

descendente, a saída vai para o nível máximo negativo.

OBS: O detector de cruze por zero pode ser utilizado para gerar ondas

quadradas a partir de ondas senoidais.

Detecção de cruze por zero

V_out

+V_out-max

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No caso mais geral, o sinal de referência é diferente de zero:

-V_outmax +V_outmax

Vout

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Schmitt Trigger

35

Se a entrada de um comparador contiver ruído, a saída oscilará próximo ao

ponto de desengate.

O Schmitt Trigger opera com histerese, contornando o problema.

Realimentação Positiva:

- realimentação negativa ⇒ diminui o erro.

- Real positiva ⇒ deixa em evidência o aumento do erro.

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Schmitt Trigger

• Comparadores podem mudar sua saída em decorrência de sinais de

entrada com ruído acoplado.

• O ruído pode ocasionar disparos indesejados na saída do comparador.

• Por exemplo, em um detector de cruze por zero, quando o sinal aproxima-se

de zero, as flutuações produzidas pelo ruído podem ocasionar que a saída

mude de forma errada.

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Schmitt Trigger

Observe na figura a seguir o chaveamento errado na saída .

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O problema é reduzido introduzindo histerese no comparador.

• A histerese é introduzida através de realimentação positiva.

• Basicamente são utilizados dos pontos de disparo do comparador.

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Schmitt Trigger

Circuito e curva de transferência

+V_saída

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Schmitt Trigger

+V_saída

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+V_outmáx

-V_outmáx á

Quando a saída está na tensão máxima positiva, e a entrada

excede V_UTP, a saída muda ao valor da tensão máxima negativa.

V_UTP é a tensão realimentada à entrada não inversora.

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+V_outmáx

-V_outmáx

Quando a saída está no seu nível de tensão máximo negativo e a

entrada cai abaixo de V_LTP, a saída retorna ao valor máximo

positivo de tensão.

á

V_LTPé a tensão realimentada à entrada não inversora.

Obs: A diferencia dos dois níveis de disparo definem a quantidade

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1) Qual o valor de Ventr que resulta numa saída (Vsaida) igual a 8V no

circuito ?

Amplificadores Operacionais – Questões e Exercícios

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2) Qual o valor de R para que VS = 6V ?

(45)

3) Calcular V_S.

Amplificadores Operacionais – Questões e Exercícios

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4) No circuito o NTC (Negative Coefficient Temperature) tem uma resistência de 10K a 250_{C e 5K a 50}0_{C. Quais os valores de tensão indicados pelo}

voltímetro colocado na saída que correspondem à essas temperaturas?