EN 2602 – Fundamentos de Eletrônica
NBESTA007-13SA – Eletrônica Analógica AplicadaNBESTA00713SA – Eletrônica Analógica Aplicada
Prof. Rodrigo Reina Muñoz
Rodrigo.munoz@ufabc.edu.br
2o Trimestre de 2018
AULA 09
Amplificadores Operacionais
➢
Conversor Analógido para Digital (A/D)
➢
Aplicações em filtros ativos
➢
Amplificador de Instrumentação
➢
SCHMITT TRIGGER
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Conversor Digital-Analógico (D/A)
Exemplo:
1 0 1 12 → 1110 → v0 = v1 = v3 = 5 V; v2 = 0 V
Valor médio
Cálculo do valor médio com amplificador
Pode-se calcular a média dos valores das entradas de um amplificador
somador fazendo a relação Rf/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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Vin1
Vin2
Vin3
Vin4
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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.
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
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) Avo = Baixo (<3x106)
e) VOFFSET = 0,5 mV. f) DRIFT = 10 µ V/°C.
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.
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
Vout
+Vout-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
Vout
+Vout-max
No caso mais geral, o sinal de referência é diferente de zero:
-Voutmax +Voutmax
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.
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 .
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
+Vsaída
Schmitt Trigger
+Vsaída
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+Voutmáx
-Voutmáx á
Quando a saída está na tensão máxima positiva, e a entrada
excede VUTP, a saída muda ao valor da tensão máxima negativa.
VUTP é a tensão realimentada à entrada não inversora.
+Voutmáx
-Voutmáx
Quando a saída está no seu nível de tensão máximo negativo e a
entrada cai abaixo de VLTP, a saída retorna ao valor máximo
positivo de tensão.
á
VLTPé 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
2) Qual o valor de R para que VS = 6V ?
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3) Calcular VS.
Amplificadores Operacionais – Questões e Exercícios
4) No circuito o NTC (Negative Coefficient Temperature) tem uma resistência de 10K a 250C e 5K a 500C. Quais os valores de tensão indicados pelo
voltímetro colocado na saída que correspondem à essas temperaturas?