Eletrônica Aplicada - Assunto 2 - O Amplificador Operacional Real

[Música] Olá pessoal eu sou o professor José Carvalho estamos aqui para o assunto da aula dois de eletrônica aplicada na aula 1 nós apresentamos o ampop ideal seria aquele circuito integrado que teriam as características que eu espero que um amplificador operacional tenha de forma ideal Porém na prática nós utilizamos o ampop Real ele não tem aquelas características que nós vamos relembrar agora então Afinal dessa aula eu gostaria que você soubesse caracterizar o ampop Real comparar com o ampop ideal analisar os efeitos da realimentação negativa e descrever alguns amplificadores operacionais comerciais então Relembrando as características do

ampi ideal resistência ou impedância de entrada infinita ou seja o ampi tem que consumir o mínimo possível de corrente do circuito que o alimenta interferir o mínimo possív resistência de saída nula ou seja ele tem que fornecer como saída idealmente a tensão de entrada vezes o ganho sem perdas ganho de tensão infinito amplificar o máximo possível do sinal de entrada e essa amplificação essa resposta do sinal de saída tem que ser uniforme não pode variar em função da frequência que é aplicada no sinal de entrada ou seja se eu aplico uma frequência de 1 hz

e ele tem um de 1 Milhão esse ganho de 1 Milhão tem que ser o mesmo se eu aplicar uma frequência de 1 MHz ou seja o ganho de tensão não pode ficar variando em função da da frequência uma outra característica importante do ideal ele não pode ter as suas características ficarem variando com a temperatura ou seja ele tem que ser insensível à variação de temperatura a gente sabe que tudo isso é o ideal certo é o que nós gostaríamos mas na verdade não acontece então aqui nós colocamos uma tabela muito interessante que compara diversos

parâmetros do ampliador operacional Ideal com ampop real por exemplo o ganho de malha aberta a ideal seria infinito na realidade os amplificadores reais tem ganho da ordem de 100.000 até 1 milhão 10 A5 a 10 a sexta já é um ganho muito grande impedância de entrada zim aquela resistência de entrada no caso ideal seria infinito no caso real estaria da ordem de 1 m 10 mega podendo chegar até 10 a 13 homens no caso de ampops específico impedância de saídas Z out o que que seria o ideal 0 ohmes o que que é na prática

entre 10 a 100 ohmes no máximo 100 em torno de 70 ohms já tá bom tensão de offset de entrada no caso ideal 0 V numa Poop real é diferente de zero o que que teria que seria a tensão de offset de entrada é a diferença entre as tensões do terminal inversor e do terminal não inversor quando eu não aplico nenhum sinal isso na prática não é zero e a mesma coisa corrente de offset a gente vai comentar sobre tensão de offset corrente de offset nas próximas aulas assim como a corrente de polarização o SLW

rate que é uma característica dos ampops eu já vou explicar já já para vocês idealmente é zero no real é diferente a assim como a razão de rejeição em modo comum e a frequência de ganho unitário que deveriam ser infinitos mas no real não são o que que é importante no ampop você aprender a ler a folha de dados o datashet tá todo componente eletrônico tem um manual técnico que apresenta as principais informações e características é o famoso dat sheit pessoal não tem desculpa de você não saber inglês maioria em inglês raramente você vai encontrar

um datashet em português então você tem que aprender tem que se acostumar com os termos técnicos você pode não saber inglês mas saber a tradução dos principais termos técnicos eletrônicos você tem que saber tá onde você encontra antigamente a gente encontrava esses dat sheets eram uns manuais enormes hoje tá tudo na internet você Procura lá no Google dat sheet do ampop do fabricante tal tá lá então normalmente aqui eu estou mostrando para vocês um dat sheet de um amplificador operacional muito famoso o lm741 ok já vamos explicar o que contém nessas informações aí normalmente você

tem a a descrição do componente o o a pinagem a gente chama de pinagem ou mapa de pinos Então você tem que saber ao pegar um chip para você usar numa montagem qual é a função de cada pino quem é o pino um quem é o pino dois quem é o pino sete quem é o pino oito dependendo do tipo de encapsulamento esse encapsulamento na forma de um círculo é encapsulamento metálico para maiores temperaturas ou o encapsulamento chamado do DIP do All in Line que é o encapsulamento plástico Então você tem a pinagem do circuito

integrado tá aí você vai ver por exemplo Qual é o pino que eu vou ligar a alimentação a primeira coisa que você monta o chip é ligar a alimentação dele onde é que é a tensão positiva por exemplo mais ou menos 15 V você vai levar você vai ligar o mais 15 no pino 7 e o - 15 no pino 4 a entrada dois e 3 os pinos dois e TR são as entradas inversoras e não inversoras aonde que eu pego o sinal de saída né onde é que tá mostrando aí no pino se muito

bem o pino e por exemplo pino o tá escrito NC o que que é NC eu não lembro Ah o NC é no Connection você não vai ligar em nada sem conexão tá e o pino 1 e 5 é quando você precisar fazer um ajuste de offset mas outras informações muito importantes também no Datasheet são tabelas com as várias características e os valores máximos que você pode aplicar no circuito integrado tá então por exemplo aí tá mostrando que a máxima tensão de alimentação do 741 é mais ou menos 22 v Qual é a máxima antecipação

de potência 500 MW Tá qual é a máxima tensão de entrada mais ou menos 15 V Qual é a faixa de temperatura que ele pode funcionar -55 GC até + 125º c é a temperatura normal de operação e Fique atento hein muito importante pro mesmo circuito integrado quando ele é construído por vários fabricantes a as informações podem mudar de Um fabricante para outro ok então por exemplo National a a faral Pode ser que as características de operação sejam diferentes então se você vai construir por exemplo tá mostrando na figura Uma pedaleira para guitarra Note que

ali tem um circuito integrado 74 você tem que ficar tá porque em função do fabricante as características podem variar Então vamos lá vamos falar a respeito das características do ampop real né o ganho de tensão em malha aberta de um ampop ideal é infinito no real né não é infinito vai ser da ordem de 1 m 10 m e se ele tiver montado na forma de um circuito em malha fechada vai depender dos resistores a impedância de entrada também são diferentes vão depender Num circuito em malha fechada dos valores dos das resistências todas essas características

que eu tô mostrando aí dependem mudam variam em função do tipo de C que você está montando um detalhe muito importante é a alimentação do ampi note na figura aí do lado direito que a tensão positiva mais V é fornecido por uma fonte de alimentação positiva a tensão negativa de alimentação você vai puxar de uma outra fonte são chamadas fontes simétricas e muito importante comum o terminal negativo da fonte positiva e o terminal positivo da fonte negativa são comuns tem um Terra comum se esse terra não for comum a sua fonte não é simétrica o

ampop não vai funcionar muita atenção nesse detalhe ok uma característica muito importante é o SL rate o que que é Oil rate quando você aplica um sinal na entrada do ampop por exemplo eu aplico uma variação de tensão chamar degrau uma variação rápida de uma tensão em nível baixo para uma tensão em nível alto eu espero que a saída essa variação ocorra também o que acontece é é um atraso a tensão de saída não vai variar instantâneamente igual a entrada vai ocorrer uma variação chamado Delta V uma variação na tensão de saída num determinado intervalo

de tempo esse é o s rate eu já vou mostrar caso uma figura aí então por exemplo eu apliquei Ah uma variação de 1 V de 0 a 1 V na entrada e na saída essa variação demorou um microssegundo ocorrer então eu digo que o SL rate é de 1 V por 1 microssegundo ela não é instantânea tá e o rate também depende da frequência do sinal que você tá aplicando e da tensão de pico então nós temos essa fórmula o Sr iG 2 pi ve f x VP Então você consegue inclusive lá para uma

determinada tensão de entrada com valor de pico Qual é a máxima frequência do sinal que eu posso aplicar dependendo do isle rate Ok exemplos no circuito no ampop 741 o SLW rate é de 12 v a cada microssegundo no circuito integrado o lf351 já é 13 V por microssegundo isso quer dizer que gera um atraso uma variação de 13 v a cada microsegundo então quando o sinal que você tá aplicando na entrada é de baixa amplitude E baixa frequência o Slow rate não é um problema o problema começa a acontecer quando você trabalha com grandes

amplitudes e altas frequências o que pode ocasionar distorção do sinal como eu estou mostrando na figura Eu estou aplicando uma tensão na entrada porém devido ao SL rate se for um sinal de baix de alta amplitude e alta frequência o sinal que eu vou ver na saída é um sinal totalmente distorcido como essa onda triangular mostrada em azul eu isso eu não quero que aconteça na prática Então tem que tomar muito cuidado com a amplitude e a frequência do sinal ok por exemplo o circuito integrado 74 apresenta um SLW rate de 15 V por microssegundo

qual é a frequência máxima que eu posso aplicar quando eu utilizo tensão senoidal de pico de 10 V então usando aquela fórmula lá s = 2 pi x f x VP eu manipulo a equação para que eu consiga calcular a frequência máxima vai ser o s dividido por 2vp aplicando aí os valores do enunciado eu chego à conclusão que a máxima frequência que eu posso trabalhar seria 7,95 khz para que eu não tenha distorção do sinal se eu tiver trabalhando com uma tensão de entrada de 10 V outro dado muito importante é o cmrr Isso

é uma sigla do termo inglês common mode reation ratio ou taxa de rejeição de modo comum o que que é na prática esse cmrr por exemplo você imagina que nós vamos pegar um ampop E curto circuitar as duas entradas Ok eu vou curto circuitar eu vou aplicar a mesma tensão de entrada obviamente se eu vou aplicar a mesma tensão de entrada como é um amplificador operacional ele amplifica a diferença eu Espero que a saída seja zero eu tô aplicando o mesmo a mesma tensão certo ok mas na prática isso não vai acontecer devido à diferenças

internas nos transistores usados no amplificador operacional vai aparecer uma pequena tensão na saída essa pequena tensão na saída devido a a ao sinal a a construção do circuito integrado é o que gera esse cmrr ou seja em termos teórico seria o ganho de tensão em malha aberta o a dividido pelo ganho de tensão em malha fechada o cm tá ganho em malha aberta dividido pelo ganho em malha fechado ou seja quanto menor o cmrr né é a habilidade em que a tensão de saída seja nula para que quando eu aplico tensão igual na entrada na

prática essa característica é medida em decibéis tá ou seja recapitulando é o ganho de tensão em malha aberta dividido pelo ganho em modo comum o que que é o ganho em modo comum é quando eu curto o circuito as as duas entradas na prática isso é medido DCI B você pega esse ganho calcula o logaritmo e multiplica por 20 então por exemplo se essa diferença de a por ACM deu 100 Quanto que é o log de 100 na base 10 é 2 2 x 20 40 dbis ok então nós eh quanto maior o cmrr melhor

e uma outra característica importante é a resposta em frequência do ampliador operacional nós temos a curva aí um gráfico mostrando a resposta em frequência aonde nós temos no eixo horizontal a frequência em hz né em escalas eh 1 10 100 1000 10.000 100.000 1 milhão tá essas escalas aí chamam-se décadas a cada divisão horizontal a gente chama de década Ok e no eixo vertical o ganho de tensão em malha aberta o que que nós observamos que na prática um ampop real o ganho de tensão não é infinito ele começa num valor muito alto lá próximo

de 110 dbis pode V que quando o ganho é um aqui ó tá quando desculpe quando a frequência é um o ganho é o máximo e conforme a frequência aumenta o ganho começa a diminuir ele passa pelo ponto a esse ponto A é onde nós caracterizamos como frequência de corte é o chamado Bw a largura de faixa no caso aqui é hz a gente observa aqui esse ponto A é onde acontece é onde o ganho cai de e 0,7 em relação ao ganho máximo Então é frequência de corte e a gente Observe que essa curva

em malha aberta ela começa a diminuir o ganho começa a diminuir de 20 dbis por década Note que entre 100 hz e 1k caiu de 80 para 60 caiu 20 dbis numa década por isso chama de 20 DB por década Então essa curva em malha aberta até que chega no no ganho ganho zero a gente chama aqui de ganho unitário zero DB quer dizer ganho unitário ganho é um tá ganho um o log de 1 é z0 nesse ponto b a gente chama de ganho unitário que quando que ocorreu o ganho unitário quando a frequência

chegou em 1 m então a frequência de ganho unitário é 1 MHz aqui nesse caso então a largura de faixa é a frequência de ganho unitário 1 m dividido pelo ganho Ok frequência de ganho unitário nesse caso aqui é 1 mega então a gente chega à conclusão né que conforme a o ganho a aumenta desculpe o ganho diminui conforme a frequência aumenta a largura de faixa ou BW aqui no caso tá que seria em malha fechada o ganho em malha fechada ele vai depender a largura de faixa em malha fechada vai vai vai depender do

ganho em malha fechada e para finalizar nós temos aqui uma tabela mostrando os amplificadores operacionais disponíveis no mercado o 741 o lm324 lf411 nós temos aqui a descrição o ganho em malha aberta a impedância de entrada a impedância de saída e as outras características e o e a aplicação né o 741 por exemplo é de uso geral você pode usar para qualquer aplicação agora se eu quero trabalhar por exemplo com amplificação de sinal de vídeo em banda larga eu já vou usar esse opamp específico Opa 690 que ele já é construído para ser utilizado em

amplificações de vídeo se eu preciso de uma aplicação com corrente de entrada muito baixa eu vou usar o eds 49 Ok Então dependendo do tipo de aplicação se você precisa para usar em instrumentação você já vai usar um outro tipo aqui que muda o ganho muda a impedância muda o SL rate no Brasil os fabricantes mais conhecidos são a farch National a Texas a Motorola e o que que muda por exemplo vamos pegar o circuito integrado 741 o que que muda de Um fabricante pro outro as duas primeiras letrinhas então microa 741 o fabricante é

farsal o lm741 é a National o Mc é a Motorola o ca é RCA e assim por diante Então você identifica o fabricante do ampop pelas duas primeir letras da da sua identificação Ok então Esso aí foi nós falamos hoje sobre os amplificadores operacionais reais e a partir da próxima aula nós vamos entrar nos circuitos nas aplicações Ok então muito obrigado te vejo na próxima aula um abraço