Eletrônica Aplicada - Assunto 3 - Amplificadores Não Inversores

[Música] Olá pessoal eu sou o professor José Carvalho vamos iniciar agora a aula 3 da disciplina de eletrônica aplicada vamos falar de amplificadores não inversores nas aulas 1 e do nós falamos das características dos ampops comparamos o ampop ideal com vimos as principais e agora vamos entrar nas aplicações nos circuitos que nós podemos construir na configuração em malha fechada então a final dessa aula você vai ter que aprender a identificar circuitos amplificadores na configuração não inversora analisar esses circuitos calcular os ganhos e descrever as aplicações Então vamos falar antes disso do amplificador diferencial o primeiro

estágio interno de um amplificador operacional é chamado de amplificador diferencial a figura está mostrando um circuito com dois transistores Ok o transistor Q1 do lado esquerdo e o transistor Q2 do lado direito nós notamos que existem duas tensões de entrada v i1 e v e do cada uma na base de um transistor Então são as duas entradas de um chamado amplificador diferencial esse tipo de circuito pode ser construído com dois transistores obviamente dois transistors bc548 então aí nós temos na verdade que a tensão de entrada a ser aplicada ou vai ser na entrada v1 ou

na entrada V2 e nós temos as tensões de saída Observe lá no circuito vo1 e vo2 nos respectivos terminais de coletores dos transistors existe uma alimentação positiva mais vcc lá em cima e uma alimentação negativa menos vee embaixo curiosidade da onde vem o termo vcc o c vem de coletor porque é a tensão que se aplica nos coletores dos transistors da onde que vem o termo ve e e o e é de emissor porque é a tensão negativa que se aplica nos emissores dos transistores o que que acontece quando eu aplico um sinal senoidal na

base do transistor Q1 como mostrado aí na figura a e aterro a entrada dois na base do transistor Q2 Note que um sinal aplicado n essa entrada do transistor Q1 saída no coletor do transistor Q2 está em fase né enquanto na entrada for positivo a saída é positiva enquanto a entrada é negativa a saída é negativa eu digo que por isso que é chamada de entrada não inversora porque a entrada não inverte na saída e is supondo que a base do transistor Q2 está aterrada se eu faço o contrário se eu aterro se eu ligo

zero na base do transistor Q1 e aplico o sinal senoidal na base do transistor Q2 o que que ocorre na saída vout eu tenho o sinal defasado eu tenho o sinal invertido por isso que nós chamamos essa outra entrada de entrada inversora Ou seja a entrada não inversora né faz com que eu ao aplicar um sinal nesta entrada a saída não é invertida e na outra entrada a saída é invertida Ok Isso é o chamado amplificador diferencial como é que é um circuito equivalente de um ampop né então na figura a nós temos o símbolo

do ampop com a as duas entradas inversora e não inversora que se fosse um 741 seria lá o pino 2 e o pino 3 o sinal da saída sempre em relação ao Terra seria o pino se qual é o modelo Qual é o circuito equivalente do ampop tá essa figura foi retirada de um livro muito famoso de eletrônica cujo autor é o boil stad então nós temos uma tensão VD que é a de diferença da entrada positiva paraa entrada negativa VD tá uma resistência de entrada que representa todos os componentes que estão lá internamente no

chip entre as duas entradas ri ou impedância de entrada que no caso ideal seria infinito mas no caso real não é são alguns megaohm e do lado direito é como se nós tivéssemos uma fonte de tensão que representa a tensão de entrada VD multiplicado por um ganho AD VD é seria uma tensão diferencial o AD seria o ganho diferencial tá Ou seja a entrada foi multiplicada por um ganho que é muito grande milhares milhões até e a saída v0 porém ligando essa esse esse sinal a DVD a entrada a saída nós temos um ro seria

a impedância de saída que no caso ideal seria Zero no caso real seria coisa da ordem de 75 ohms Tá ok esse ro é que vai fazer com que a tensão de saída não seja exatamente o advd porque eu vou ter uma pequena queda de tensão em cima dessa resistência aí Lembrando que a alimentação do ampop tem que ser uma alimentação simétrica Ou seja a tensão positiva no mesmo valor da tensão negativa então o que que acontece na prática né supondo que esse ro seja muito pequeno que a queda de tensão em cima dele seja

desprezível a tensão de saída vo é a tensão de entrada VD vezes esse ganho como esse ganho é próximo vai de 200.000 no caso real Poxa qualquer tensão que eu aplique na entrada multiplicado por 200.000 vai dar um valor absurdo você imagina que eu aplico e 0,1 v na entrada vezes 200.000 vai dar uma tensão de saída de 20.000 não pode ter uma saída de tensão tá a tensão C fica instável ou satura ocorre uma saturação porque o que que é saturação Poxa o ampop é alimentado com uma certa tensão vai vamos colocar mais ou

menos 15 V eu não posso ter uma tensão de saída maior que 15 V impossível porque a máxima tensão que eu posso ter na saída é o valor da alimentação Então essa saturação essa instabilidade criada em malha aberta nós resolvemos reim o ampop em malha fechada colocando uma realimentação entre a entrada e a saída de tal forma que eu estabilizo o ganho e mantenho a saída dentro dos limites máximos iguais ao valor da tensão da alimentação como é que eu vou fazer isso por exemplo esse circuito que eu estou mostrando que é o circuito de

um amplificador de tensão não inversor então Note que interessante existem além do ampop dois resistores o resistor RF que está ligado entre o terminal de saída e o terminal menos certo entre o terminal v e o terminal de entrada menos e o resistor R1 que está ligado entre a entrada inversora menos e o Terra Então o que que acontece quando eu aplico um sinal de entrada vin né ind input atenção alternada qualquer na entrada v1 tá lembre-se que do curto circuito virtual como a impedância de entrada é muito alta a corrente que entra no ampop

é zero como tá representado por aquela seta lá não entra a corrente Ok então dessa forma a corrente que circula ali entre os terminais é zero então eu posso dizer que a corrente I que passa no resistor RF é praticamente igual a corrente I que passa no resistor R1 então utilizando esse conceito de curto circuito virtual nós temos que a tensão V1 como a tensão v1 é a tensão v1 a tensão V2 é igual a tensão v1 porque não há diferença de potencial entre os dois terminais é o curto circuito virtual então eu posso dizer

que a tensão V2 naquele Nozinho naquele ponto ali entre os dois resistores também é a tensão v1 se v1 é igual a V2 e Ambos são igual a V1 podemos dizer que a tensão V2 ali nós temos um divisor de tensão formado pelos dois resistores né eu posso dizer que aquela tensão lá é o R1 dividido pela soma dos resistores vezes o v é o conceito de divisor de tensão Ok vocês devem estar lembrado disso da eletricidade básica né então se o V2 é igual a V1 passando o v1 dividindo para o denominador do V

nós temos o ganho do circuito ganho em malha fechada vai ser RF + R1 so 1 ok você inverte a expressão R1 div por R1 é 1 então a expressão que você tem que lembrar do ganho de malha fechada do amplificador não inversor é RF so R1 + 1 Professor Por que que esse f f é de feedback é o resistor de realimentação por exemplo imagina que o RF é 10k e o R1 é 1k qual é o ganho do circuito facinho 10 so 1 10 10 + 1 11 então eu teria um amplificador não

inversor de ganho 11 ou seja Conclusão o ganho desse circuito é dado pelos valores das resistências e é um circuito que não porque eu estou aplicando o sinal na entrada não inversora na entrada positiva Ok então vamos ver um exemplo Note que nesse circuito que está sendo mostrado lá eu tenho o mesmo configuração do slide anterior supondo que os ampop é alimentado com mais ou menos 15 V tensão simétrica eu vou aplicar um uma tensão na entrada V com valor de pico VP de 100 MV 100 MV é a mesma coisa que 0,1 v tá

tensão positiva 100 MV tensão de pico e tensão negativa menos 100 MV tensão de pico não é pico a pico pico a pico é o dobro supõe que a resistência R1 seja um valor fixo de 1 kohm e o RF alimentação vão ser dois resistores um resistor fixo de 99k ins série com potenciômetro de 100k Ok então o RF vai ser a soma dos dois resistores como é um potenciômetro ele pode variar de 0 a 100 quando ele tiver no mínimo é zero qual é o valor do RF 99 que 99 + 0 quando ele

tiver no máximo que é 100 Qual o valor do RF 99 + 100 199 então o RF vai variar de 99 até 19 199 estou pedindo o menor ganho em malha fechada certo quando o potenciômetro tiver em zero tô pedindo a tensão de saída o maior ganho para ambos os casos a tensão de saída e os ganhos você vai usar essa fórmula aí né que nós acabamos de deduzir RF so R1 + 1 eu vou fazer apenas o item a os demais itens você tem resolvido no seu material didático qual que seria o menor ganho

em malha fechada quando o RF está no seu menor valor quando o RF está no seu menor valor seria 99 mais o zero do potenciômetro então eu teria RF = 99 div por R1 que é 1 99 DI 1 99 + 1 100 então o item a o menor ganho em malha fechada seria 100 e qual que seria a tensão de saída nesse caso 100 MV x 100 ok que daria 10 V então aí estão as respostas do item a do item b e dos outros itens Professor como é que eu calculo o maior ganho

você coloca o potenciômetro no máximo que é 100k 100k + 99 199 + 1 200 tá lá a resposta 200 e aí você vai calculando Lembrando que a tensão de saída máxima não pode ceder os 15 V ah Professor eu vou lá e calculei deu ah 20 V não pode 20 V porque a tensão de alimentação é 15 não pode passar de 15 ok nesse caso aonde eu tenho uma circuito em malha fechada a resposta em frequência está limitada pelo ganho tá então a resposta em frequência vai diminuindo conforme eh o ganho do circuito em

malha aberta vai diminuindo conforme a frequência aumenta tá então você tendo a frequência que você vai trabalhar por exemplo vou imaginar que eu vou trabalhar com 1 khz qual é o ganho em malha aberta para 1 khz a gente pode ver aí é 1000 tá Qual é a frequência em ganho unitário 1 m então a fórmula aqui tá mostrando que a que a frequência em malha fechada é a frequência em ganho unitário que é 1 MHz dividido pelo ganho em malha fechada mais 1 se o ganho em malha fechada for muito alto praticamente são os

mesmos valores tá e o SLW rate que é aquele e atraso né do da tensão de saída que é devido à capacitância Professor Por que que tem existe esse SLW rate porque no ampop existe lá na saída um capacitor interno que faz com que o comportamento da tensão de saída não esteja essa transição tão rápida a gente pode ver na figura qual que seria a resposta ideal uma variação de zero para um determinado nível alto brusco mas o rate causa faz com que essa tensão né não seja abrupta então o Del V dividido pelo del

t n a variação de saída pela variação do tempo que nos permite calcular o SL rate que faz com que o sinal de saída seja distorcido Ok então vamos ver um exemplo aí no amplificador não inversor suponha o circuito integrado 741 alimentado por mais ou menos 15 v e esses valores de resistência 1 me de RF e 1 k de R1 calcule a largura de banda tá a largura de Banda ah supondo que é o 741 Aonde a frequência de ganho unitária é 1 MHz e o SLW rate é 0 V por microssegundo tá então

como é que eu calculo a largura de banda é a frequência em ganho unitário que é 1 mga né dividido pelo ganho de malha fechada mais um como é que eu calculo o ganho de malha fechada RF sobre R1 1 m sobre 1 k né 1 m sobre 1 k daria e 1000 mais 1 10000 então ou você usa a fórmula correta ou a fórmula aproximada A diferença vai ser muito pouco vai ser de 998 hz para 999 hz diferença de 0 , 1% então a largura de banda desse circuito em malha fechada é aproximadamente

100 hz Note que era 1 MHz em malha aberta caiu para 100 hz tá e o SLW rate é o Del V so del T quero calcular o SL rate para uma rampa de tensão de 0 a 10 V Então qual é o Del V 10 Men 0 Qual é o SL rate meio vol por mico Então qual é o tempo necessário para que uma rampa de tensão chegue de 0 a 10 eu quero calcular Na verdade o Del T eu tenho o rate eu pego a fórmula e vou precisar de 20 microssegundos para ter

uma variação de 0 a 10 usando 741 tá uma aplicação de amplificador não inversor muito usada na prática é o circuito seguidor de tensão chamado de buffer O que que a gente tá tem resistor nesse circuito Professor Cadê os resistores não tem resistor porque nesse caso nós estamos assumindo que a tensão de saída está acoplada diretamente na entrada inversora então o ganho é um para que que serve esse circuito chamado de buffer isolar dois trechos às vezes eu tenho um estágio querendo ser acoplado em outro estágio mas eu tenho que tornar a impedância entre eles

uma alta impedância de entrada tá Para que um estágio da frente não sobrecarregue o estágio anterior então eu uso esses circuitos chamados buffers são muito usados na prática Professor qual que é me dá uma aplicação circuito de distribuição de áudio eu tenho por exemplo um sinal de entrada que eu preciso acoplar em várias saídas uma mesa de som uma mesa de áudio tá eu preciso acoplar em vários estágios de saída então eu utilizo lá um circuito amplificador não inversor tem que tem um determinado ganho lá e eu quero distribuir esse sinal para vários estágios para

várias saídas e cada saída não pode sobrecarregar a outra uma saída não pode interferir na outra então você coloca esses circuitos chamados buffers para que as saídas não interfiram não distorçam o sinal entre si ok é um circuito chamado distrib distribuidor áudio aonde eu tenho um primeiro estágio que vai dar um ganho e vários estágios buffers para distribuir aquele sinal sem distorção ou perdas entre as diversas saídas Então esse é o circuito amplificador não inversor que nós podemos ter um ganho ou uma outra aplicação que é o buffer ok pessoal então muito importante realizar os

exercícios que estão no portal para essa aula aí que o próximo assunto é uma continuação dos amplificadores Só que vai ser o amplificador inversor beleza Muito obrigado e até lá