Amplificadores operacionais

O que são amplificadores operacionais?

Os amplificadores operacionais são os blocos básicos de construção de Circuitos eletrônicos analógicos . Eles são dispositivos lineares com todas as propriedades de um amplificador DC. Podemos usar resistores externos ou capacitores para o Op Amp de muitas maneiras diferentes para torná-los diferentes formas de amplificadores, como amplificador inversor, amplificador não inversor, seguidor de tensão, comparador, amplificador diferencial, amplificador somador, integrador etc. OPAMPs podem ser únicos, dual, quad etc. OPAMPs como CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 etc têm excelente desempenho com corrente e tensão de entrada muito baixas. O Op Amp ideal tem três terminais importantes, além de outros terminais. Os terminais de entrada são entrada inversora e entrada não inversora. O terceiro terminal é a saída que pode afundar e fornecer corrente e tensão. O sinal de saída é o ganho do amplificador multiplicado pelo valor do sinal de entrada.

5 personagens ideais de um amplificador operacional:

1. Ganho de loop aberto

O ganho de malha aberta é o ganho do Op Amp sem um feedback positivo ou negativo. Um amplificador OP ideal deve ter um ganho de malha aberta infinito, mas normalmente varia entre 20.000 e 2.00000.

2. Impedância de entrada

É a relação entre a tensão de entrada e a corrente de entrada. Deve ser infinito, sem qualquer vazamento de corrente da fonte para as entradas. Mas haverá alguns vazamentos de corrente de ampere Pico na maioria dos amplificadores operacionais.

3. Impedância de saída

O Op Amp ideal deve ter impedância de saída zero sem nenhuma resistência interna. Para que ele possa fornecer corrente total para a carga conectada à saída.

4. Largura da banda

O Op Amp ideal deve ter uma resposta de freqüência infinita para que possa amplificar qualquer freqüência de sinais DC para as freqüências AC mais altas. Mas a maioria dos amplificadores operacionais tem largura de banda limitada.

5. Compensação

A saída do Op Amp deve ser zero quando a diferença de tensão entre as entradas for zero. Mas na maioria dos amplificadores operacionais, a saída não será zero quando desligada, mas haverá uma tensão mínima dela.

Configuração do pino OPAMP:

Em um Amp Op típico, haverá 8 pinos. Esses são

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Invertendo a entrada INV

Pino 3 - entrada não inversora Não INV

Pino 4 - Terra - Alimentação negativa

Pin5 - Offset Null

Pin6 - Saída

Pin7 - alimentação positiva

Pin8 - Strobe

4 tipos de ganho em OPAMPs:

Ganho de tensão - Tensão de entrada e saída de tensão

Ganho de corrente - entrada e saída de corrente

Transcondutância - Tensão de entrada e saída de corrente

Resistência trans - entrada de corrente e saída de tensão

Trabalho de um amplificador operacional:

Aqui usamos um amplificador operacional de LM358. Normalmente, uma entrada não inversora deve ser fornecida para um biasing e a entrada inversora é o amplificador real conectado a um feedback de 60k resistivo da saída para a entrada. E um resistor 10k é conectado em série com um capacitor e uma fonte de onda senoidal de 1V é fornecida ao circuito, agora veremos como o ganho será governado por R2 / R1 = 60k / 10k = 6 ganho, então a saída é 6V . Se alterarmos o ganho em 40, a saída será de 4 V de onda senoidal.

Vídeo sobre o trabalho do amplificador operacional

Normalmente, é um amplificador de fonte de alimentação dupla, facilmente configurado para uma única fonte de alimentação pelo uso de uma rede resistente. Neste, o resistor R3 e R4 colocam uma tensão de metade da tensão de alimentação através da entrada não inversora, o que faz com que a tensão de saída também seja a metade da tensão de alimentação formando uma espécie de resistores de tensão de polarização R3 e R4 podem ser qualquer valor de 1k a 100k, mas em todos os casos devem ser iguais. Um capacitor adicional de 1 F foi adicionado à entrada não inversora para reduzir o ruído causado pela configuração. O uso de capacitores de acoplamento para entrada e saída é necessário para esta configuração.

3 aplicativos OPAMP:

1. Amplificação

O sinal de saída amplificado do Op Amp é a diferença entre os dois sinais de entrada.

O diagrama mostrado acima é a conexão simples do Op Amp. Se ambas as entradas forem fornecidas com a mesma tensão, o Op Amp tomará então a diferença entre as duas tensões e será 0. O Op Amp multiplicará isso por seu ganho 1.000.000, então a tensão de saída é 0. Quando 2 volts é dado a uma entrada e 1 volt na outra, então o Op Amp pegará sua diferença e multiplicará com o ganho. Isso é 1 volt x 1.000.000. Mas esse ganho é muito alto, portanto, para reduzir o ganho, o feedback da saída para a entrada geralmente é feito por meio de um resistor.

Amplificador inversor:

O circuito mostrado acima é um amplificador inversor com a entrada não inversora conectada ao solo. Dois resistores R1 e R2 são conectados no circuito de tal forma que R1 alimenta o sinal de entrada enquanto R2 retorna a saída para a entrada de inversão. Aqui, quando o sinal de entrada é positivo, a saída será negativa e vice-versa. A mudança de tensão na saída em relação à entrada depende da proporção dos resistores R1 e R2. R1 é selecionado como 1K e R2 como 10K. Se a entrada receber 1 volt, então haverá 1 mA de corrente em R1 e a saída terá que se tornar - 10 volts para fornecer 1 mA de corrente por meio de R2 e manter a tensão zero na entrada inversora. Portanto, o ganho de tensão é R2 / R1. Isso é 10K / 1K = 10

Amplificador não inversor:

O circuito mostrado acima é um amplificador não inversor. Aqui, a entrada não inversora recebe o sinal enquanto a entrada inversa é conectada entre R2 e R1. Quando o sinal de entrada se move para positivo ou negativo, a saída estará em fase e manterá a tensão na entrada inversora igual à da entrada não inversora. O ganho de tensão neste caso será sempre maior que 1 portanto (1 + R2 / R1).

dois. Seguidor de Tensão

O circuito acima é um seguidor de tensão. Aqui ele fornece alta impedância de entrada, baixa impedância de saída. Quando a tensão de entrada muda, a saída e a entrada inversora mudam igualmente.

3 - Comparador

O amplificador operacional compara a tensão aplicada em uma entrada com a tensão aplicada na outra entrada. Qualquer diferença entre as tensões, mesmo que pequena, leva o amplificador operacional à saturação. Quando as tensões fornecidas a ambas as entradas são da mesma magnitude e da mesma polaridade, a saída do amplificador operacional é 0Volts.

Um comparador produz tensões de saída limitadas que podem interagir facilmente com a lógica digital, embora a compatibilidade precise ser verificada.

Vídeo no amplificador operacional como um diagrama de circuito comparador

Aqui temos um amplificador operacional usado como um comparador com os terminais inversores e não inversores e conectado a eles um divisor de potencial e medidor e um voltímetro na saída e Levou a a saída. A fórmula básica para o comparador é que quando '+' é mais do que '- então a saída é alta (um), caso contrário, a saída é zero. Quando a tensão na entrada negativa está abaixo da tensão de referência, a saída é alta e quando a entrada negativa fica acima da tensão na positiva, a saída é baixa.

3 requisitos para OPAMPs:

1 Compensação de anulação

A maior parte do OPAMP tem uma tensão de deslocamento na saída, mesmo se as tensões de entrada forem iguais. Para fazer a saída para tensão zero, o método de anulação de deslocamento é usado. Na maioria dos Op-Amps, há um pequeno deslocamento por causa de suas propriedades inerentes e resultados das incompatibilidades no arranjo de polarização de entrada. Portanto, uma pequena tensão de saída está disponível na saída de alguns Op-amps, mesmo se o sinal de entrada for zero. Esta desvantagem pode ser corrigida fornecendo uma pequena tensão de deslocamento às entradas. Isso é conhecido como tensão de deslocamento de entrada. Para remover ou anular o deslocamento, a maioria dos amplificadores operacionais tem dois pinos para habilitar o anulação do deslocamento. Para isso, um Pot ou Preset com valor típico de 100K deve ser conectado entre os pinos 1 e 5 com seu Wiper ao solo. Ajustando a predefinição, a saída pode ser definida como tensão zero.

dois. Estroboscópico ou compensação de fase

Op-Amps podem se tornar instáveis ​​às vezes e para torná-los estáveis ​​para todas as bandas de frequência, um Cap é normalmente conectado entre seu pino 8 e pino 1 do Strobe. Normalmente, um capacitor de disco 47pF é adicionado para compensação de fase para que o OpAmp permaneça estável. Isso é mais importante se o OpAmp for usado como um amplificador sensível.

3 - Comentários

Como você sabe, o Op-Amp tem um nível muito alto de amplificação, normalmente em torno de 1.000,00 vezes. Suponha que o Op-Amp tenha ganho de 10.000, então o Op-Amp amplificará a diferença de tensão em sua entrada não inversora (V +) e entrada inversora (V-). Portanto, a tensão de saída V out é
10.000 x (V + - V-)

No diagrama, o sinal é aplicado à entrada Não inversora e na entrada Inversora é conectada à saída. Portanto, V + = V in e V- = Vout. Portanto, Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Portanto, a tensão de saída é quase igual à tensão de entrada.

Agora vamos ver como funciona o feedback. Simplesmente adicionar um resistor entre a entrada inversora e a saída reduzirá o ganho consideravelmente. Levar uma fração da tensão de saída para a entrada inversora pode reduzir a amplificação consideravelmente.

De acordo com a equação anterior, V out = 10.000 x (V + - V-). Mas aqui um resistor de feedback é adicionado. Portanto, aqui V + é Vin e V- é R1.R1 + R2 x V out. Portanto, V out é 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Portanto, V out = R1 + R2.R1x Vin

Avaliação negativa:

Aqui, a saída do Op-Amp é conectada à sua entrada Inverting (-), portanto, a saída é realimentada para a entrada de modo a atingir um equilíbrio. Assim, o sinal de entrada na entrada Non Inverting (+) será refletido na saída. O Op-amp com feedback negativo levará sua saída ao nível necessário e, portanto, a diferença de tensão entre suas entradas inversora e não inversora será quase zero.

Feedback Positivo:

Aqui, a tensão de saída é realimentada para a entrada não inversora (+). O sinal de entrada é alimentado para a entrada de inversão. No design de feedback positivo, se a entrada inversora estiver conectada ao aterramento, a tensão de saída do amp op dependerá da magnitude e da polaridade da tensão na entrada não inversora. Quando a tensão de entrada é positiva, a saída do Op-Amp será positiva e essa tensão positiva será alimentada para a entrada não inversora, resultando em uma saída totalmente positiva. Se a tensão de entrada for negativa, a condição será revertida.

Uma aplicação de amplificadores operacionais - pré-amplificador de áudio

Filtros e pré-amplificadores:

Os amplificadores de potência virão depois dos pré-amplificadores e antes dos alto-falantes. Os leitores de CD e DVD modernos não precisam de pré-amplificadores. Eles precisam de controle de volume e seletores de fonte. Usando controles de comutação e volume passivo, podemos evitar pré-amplificadores.

Vamos fazer um breve resumo sobre amplificadores de potência de áudio

O amplificador de potência é um componente que pode acionar os alto-falantes, convertendo o sinal de baixo nível em sinal grande. O trabalho dos amplificadores de potência é produzir voltagem e corrente altas relativamente altas. Normalmente, a faixa de ganho de voltagem está entre 20 e 30. Os amplificadores de potência têm resistência de saída muito baixa.

Especificações do amplificador de potência de áudio

• Potência máxima de saída:

A tensão de saída é independente da carga, para sinais grandes e pequenos. A tensão fornecida aplicada à carga causa o dobro da corrente. Conseqüentemente, o dobro da quantidade de energia será entregue. A classificação de potência é a potência da onda senoidal média contínua, de modo que a potência pode ser medida pelo emprego de uma onda senoidal cuja tensão RMS é medida a longo prazo.

• Resposta de frequência:

A resposta de frequência deve estender a banda de áudio total de 20 Hz a 20 KHz. A tolerância para a resposta de frequência é de ± 3db. A maneira convencional de especificar a largura de banda é um amplificador com redução de 3 db em relação aos 0 db nominais.

• Barulho:

Os amplificadores de potência devem produzir baixo ruído quando os amplificadores de potência estão usando com altas frequências. O parâmetro de ruído pode ser ponderado ou não ponderado. O ruído não ponderado será especificado em uma largura de banda de 20 KHz. Com base na especificação de ruído ponderado de sensibilidade do ouvido, será levada em consideração. A medição de ruído ponderada tende a atenuar o ruído em frequências mais altas, portanto, a medição de ruído ponderada é muito melhor do que a medição de ruído não ponderada.

• Distorção:

A distorção harmônica total é a distorção comum geralmente especificada em frequências diferentes. Isso será especificado em um nível de potência que é fornecido com a impedância de carga de acionamento do amplificador de potência.