Amplificador Operacional para Novatos e Enferrujados

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Amplificador Operacional para Novatos e Enferrujados

Mensagempor MOR_AL » 05 Dez 2011 11:32

Olá pessoal!

Hoje vou tratar do assunto "amplificadores operacionais" (AO para os íntimos).
Já deve ter alguma coisa feita aqui no fórum, mas como esse assunto é interessante, decidí criar este tópico. A idéia é evoluir até poder calcular qualquer circuito resistivo com AO.

Este pequeno tutorial é voltado ao pessoal que está iniciando em eletrônica e também para os "enferrujados". Para os "experts" ficam as sugestões de detalhes de aplicação.

Primeiramente vou mostrar como calcular, corretamente, um circuito simples com AO. Ganho sem inversão do sinal.
Depois, fazendo as devidas simplificações, mostro como chegar ao mesmo resultado de modo bem mais simples. Obviamente que junto com as simplificações tem-se as limitações. Essas eu vou comentar mais adiante.
A expressão do AO é:
A tensão de saída V0 é igual à diferença das tensões presentes nas entradas (ePositiva - eNegativa), multiplicada por um ganho (Av), geralmente maior que 100k.
Certamente que esse valor de ganho, tão alto, tem sua finalidade. Não foi feito para se poder projetar um circuito com AO com esse ganho. O excesso de ganho é necessário para que, ao se incluir a realimentação negativa, a tensão de saída possa apresentar menor distorção harmônica. Distorção essa proveniente de diversas fontes, tais como variações na tensão de alimentação, da temperatura, etc. Observe que o ganho final do circuito vai depender apenas dos componentes externos, tais como resistores e capacitores, bem mais confiáveis que os parâmetros do AO.
Esse ganho vai decrescendo com o aumento da frequência, até que valha um em cerca de 1MHz. Isso é intrínseco dos AO. Sua finalidade é a de se obter um circuito estável, quando se acopla resistores na entrada negativa.
Acompanhe o manuscrito...

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Próximo ítem: Cálculo simplificado do circuito com ganho e sinal invertido.
Até lá!
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"Para o triunfo do mal só é preciso que os bons homens não façam nada." Edmund Burke.
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Mensagempor MOR_AL » 06 Dez 2011 17:45

Antes do cálculo do ganho com sinal invertido, segue um exemplo sobre o ganho sem inversão.

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Mensagempor MTC » 07 Dez 2011 20:37

Moris,

Parabens pela iniciativa, estou acompanhando e garanto q muitos outros vao tirar muito proveito.

Deixo ja uma duvida antiga: O que rege a ordem de grandeza dos resistores empregados na malha externa, posso usar da ordem de 1k, 10K, 100K talvez 1M e como o ganho depende exclusivamente da relacao entre os resistores, temos o mesmo ganho pois a relacao nao muda.


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Mensagempor xultz » 08 Dez 2011 07:33

Teria, MTC, se a impedância dos pinos fosse infinita. Ela só é infinita na teoria, na prática não é, e é da ordem de alguns mega ohms. Assim, se você faz uma realimentação com resistores da ordem de M ohms, vai ter em paralelo a impedância do pino, e avacalha com todo teu cálculo. Porém, se for da ordem de kilo ohms, a impedância do pino vai fazer uma diferença insignificante.
98% das vezes estou certo, e não estou nem aí pros outros 3%.
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Mensagempor MOR_AL » 08 Dez 2011 09:21

MTC escreveu:Moris,

Parabens pela iniciativa, estou acompanhando e garanto q muitos outros vao tirar muito proveito. Grato Maico!

Deixo ja uma duvida antiga: O que rege a ordem de grandeza dos resistores empregados na malha externa, posso usar da ordem de 1k, 10K, 100K talvez 1M e como o ganho depende exclusivamente da relacao entre os resistores, temos o mesmo ganho pois a relacao nao muda.


O Xultz respondeu a sua pergunta.

Por outro lado também já tive essa dúvida. Para averiguar fiz um teste com AO.
Seguem os resultados.
O circuito é constituído por dois estágios. O primeiro é apenas um redutor de impedância da fonte.
A fonte provém de um potenciômetro (10k). Sua impedância poderia variar de zero, nos extremos, até 5k, no meio. Com o primeiro AO a impedância na saída, em V, fica aproximadamente constante e da ordem de ohms, ou miliohms.
Como já pode ser calculado, o ganho deste estágio é um. Rf = 0 e R1 é infinito. Entrando na fórmula vai dar 1. Se não estiver acostumado com infinito na fórmula, dê um valor bem alto, uns 1.000.000, e faça as contas. Apesar de ainda não mostrar, o ganho do segundo estágio é 1 através da entrada positiva do AO e menos 1, através da outra entrada. Ao final v0 deveria dar zero.
Um detalhe! A tensão de saída deste AO pode ir até zero volt.
Observe a tensão de saída v0 em função do valor do resistor R e em função da tensão V. Note que quanto maior o valor de R (até o limite testado), mais próximo do esperado é a tensão de saída.
Os AOs não são perfeitos. Existem dois fatores importantes que contribuem para isso. São a tensão de offset e a corrente de offset. Mais adiante poderei mostrar.
Um último detalhe é que, nesta experiência, quanto maior for o desequilíbrio entre os valores dos resistores, maior será a tensão de saída. Não me preocupei com esse detalhe até o final da experiência. Depois não quis mais refazer tudo de novo com maior precisão dos valores. Apesar de tudo um padrão se formou.
Os resistores foram obtidos da mesma fita que os acondicionavam. Isso pode significar que, apesar de possuírem uma precisão de 5%, os valores entre si podem possuir desvios menores.


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Maico.


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Mensagempor EDSONCAN » 08 Dez 2011 09:32

Infelizmente ou felizmente operacionais terão seu uso mais restrito, segundo a ultima apresentação da Freescale os sensores somente serão projetados com saídas digitais, já com compensação, filtros e etc.

Edson
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Mensagempor MOR_AL » 09 Dez 2011 10:06

... É Edson! É a evolução... Enquanto ela não chega, segue o cálculo e exemplo de um ganho através de um AO com inversão de sinal.

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Próximo item será o cálculo da tensão de saída em função de duas tensões de entrada. Uma pela entrada positiva do AO e outra pela entrada negativa.

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Mensagempor MOR_AL » 10 Dez 2011 16:06

Tensão de saída com mais de uma tensão de entrada!

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Aplicação da teoria!

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Próximo passo: Tensão e corrente de polarização e de offset.
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Mensagempor B-EAGLE » 12 Dez 2011 16:08

MOR_AL,

qual seria a melhor forma de medir sensores de 4mA a 20mA com a melhor relação consumo/ruído/custo?

Estava vendo os integrados especilizados pra isso, como o Semtech SC310 e Maxim MAX9938.

mas os bixinhos acho que são um bocado caro, compensa usar o A/D direto do uC? visto que a corrente é baixa...
B-EAGLE
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Mensagempor MOR_AL » 12 Dez 2011 17:22

B-EAGLE escreveu:MOR_AL,

qual seria a melhor forma de medir sensores de 4mA a 20mA com a melhor relação consumo/ruído/custo?

Estava vendo os integrados especilizados pra isso, como o Semtech SC310 e Maxim MAX9938.

mas os bixinhos acho que são um bocado caro, compensa usar o A/D direto do uC? visto que a corrente é baixa...




Veja
http://www.farnellnewark.com.br/searchr ... 999&type=2

Eles vendem entre 4 e 5 reais.
Você pode tentar fazer o transdutor com operacionais, mas este CI apresenta excelentes características.
Tudo vai depender da precisão que você deseja e quanto está disposto a gastar.
Bons projetos com AO.
MOR_AL
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Mensagempor B-EAGLE » 12 Dez 2011 20:31

MOR_AL escreveu:
B-EAGLE escreveu:MOR_AL,

qual seria a melhor forma de medir sensores de 4mA a 20mA com a melhor relação consumo/ruído/custo?

Estava vendo os integrados especilizados pra isso, como o Semtech SC310 e Maxim MAX9938.

mas os bixinhos acho que são um bocado caro, compensa usar o A/D direto do uC? visto que a corrente é baixa...




Veja
http://www.farnellnewark.com.br/searchr ... 999&type=2

Eles vendem entre 4 e 5 reais.
Você pode tentar fazer o transdutor com operacionais, mas este CI apresenta excelentes características.
Tudo vai depender da precisão que você deseja e quanto está disposto a gastar.
Bons projetos com AO.
MOR_AL


opa, vou usá-lo, tenho o aval de alguém que entende mais que eu... hehehe

o legal é que ele consome muuuito pouquinho, e to projetando um medidor a bateria aqui pra durar anos...
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