Os amplificadores operacionais (Op-Amps) são amplamente utilizados em electrónica e microcircuitos. Tem excelentes características técnicas (TC) para amplificação de sinais. Para compreender as aplicações dos op-amps, é necessário conhecer os seus princípios de funcionamento, diagramas de cablagem e TCs básicos.
Conteúdos
O que é um amplificador operacional
Um op-amp é um circuito integrado (IC) cujo objectivo principal é amplificar um valor de dc. Tem apenas uma saída, que é chamada a saída diferencial. Esta saída tem um elevado factor de amplificação de sinal (CU). Os Op-Amps são utilizados principalmente para construir circuitos com feedback negativo (NF), que determina o Q do circuito original durante o TC de amplificação principal. Os Op-Amps são utilizados não só como ICs individuais, mas também em vários blocos de dispositivos complexos.
Os Op-Amps têm 2 entradas e 1 saída, e também têm saídas para ligar uma fonte de alimentação (PSU). O princípio de funcionamento de um amplificador operacional é simples. Há 2 regras tomadas como base. As regras descrevem os processos simples que ocorrem no op-amp e como funciona o op-amp é claro mesmo para os manequins. Na saída a diferença de voltagem (U) é 0 e as entradas do impulso do op-amp extraem quase nenhuma corrente (I). Uma entrada chama-se não-invertingente (V+) e a outra é invertente (V-). Além disso, as entradas DUT têm uma alta resistência (R) e quase não consomem I.
O chip compara os valores U das entradas e saídas do sinal através da pré-amplificação do mesmo. O op-amp tem um valor elevado de até 1000000. Se ocorrer um valor U baixo na entrada, é possível obter um valor igual ao U (Uip) da fonte de alimentação na saída. Se o U na entrada V+ for maior que o V-, a saída terá um valor positivo máximo. Se o U positivo da entrada inversa for alimentado, a saída terá o valor máximo de tensão negativa.
O requisito básico para o funcionamento do DSP é a utilização de uma fonte de alimentação bi-polar. É possível utilizar uma fonte de alimentação unipolar, mas isto limitará severamente a capacidade do DSP. Se utilizar uma bateria e tomar o lado positivo da bateria como 0, a medição mostrará 1,5 V. Se pegar em 2 baterias e as ligar em série, então ocorrerá a adição de U, ou seja, o dispositivo mostrará 3 V.
Se tomar o chumbo negativo da bateria como zero, o instrumento mostrará 3 V. No outro caso, se tomar a vantagem como 0, mostrará -3 V. Usando o ponto entre as duas baterias como um zero, obtém-se uma fonte de alimentação primitiva bi-polar. A única maneira de verificar se o DUT está a funcionar correctamente é ligá-lo ao circuito.
Tipos e símbolos de um circuito
Com o desenvolvimento dos circuitos eléctricos, os amplificadores operacionais estão constantemente a ser melhorados e aparecem novos modelos.
São classificados de acordo com a sua aplicação:
- Industrial - a opção de baixo custo.
- Pré-síncrono (equipamento de medição de precisão).
- Electrometria (baixo Iin).
- Micro-potente (fornecimento de baixo valor I).
- Programável (as correntes são definidas com I externo).
- Poderosa ou de alta corrente (produz um valor I mais elevado para o consumidor).
- Baixa voltagem (funciona a U<3 V).
- Alta voltagem (concebida para valores U elevados).
- Actuação rápida (alta taxa de variação e frequência de amplificação).
- Tipo de baixo ruído.
- Tipo de áudio (baixa distorção harmónica).
- Para fonte de alimentação do tipo bipolar e unipolar.
- Tipo de diferença (capaz de medir U baixo com alta interferência). Usado em shunts.
- Estágios de amplificação fora de prateleira.
- Especializado.
Os Op-Amps estão divididos em 2 tipos de acordo com os sinais de entrada:
- Com 2 entradas.
- Com 3 entradas. A 3ª entrada é utilizada para alargar a funcionalidade. Tem feedback interno.
O circuito de um amplificador operacional é bastante complexo e não vale a pena fazer um e o radioamador só precisa de conhecer o circuito correcto do amplificador operacional, mas para o fazer, a atribuição dos pinos deve ser entendida.
As principais designações dos pinos do CI são as seguintes:
- V+ - input não-invertido.
- V- - Inverter o input.
- Vout é a saída.Vs+ (Vdd, Vcc, Vcc+) é o terminal mais da fonte de alimentação.
- Vs- (Vss, Vee, Vcc-) é o terminal menos da fonte de alimentação.
Quase todos os Op-Amp estão equipados com 5 pinos. No entanto, alguns modelos podem não ter V-. Há modelos que têm resultados adicionais que alargam as capacidades do DT.
Os cabos de alimentação não precisam de ser etiquetados, uma vez que isto aumenta a legibilidade do circuito. O cabo de alimentação do terminal ou pólo positivo da fonte de alimentação é colocado no topo do circuito.
Características principais
Os DUT, tal como outros componentes de rádio, têm TCs, que podem ser divididos em tipos:
- Amplificando.
- Entrada.
- Produção.
- Poder.
- Derrapagem.
- Frequência.
- Ganho.
O ganho é a principal característica de um op-amp. Caracteriza-se pela relação entre o sinal de saída e o sinal de entrada. É também referida como a amplitude ou TC de transferência, que é representada como um gráfico de dependência. As quantidades de entrada incluem todas as quantidades para a entrada do op-amp: Correntes Rin, offset (Icm) e offset (Iin), derivação e o diferencial máximo de entrada U (Udifmax).
O Icm é utilizado para o funcionamento do Op-Amp nas entradas. O Iinx é necessário para o funcionamento da fase de entrada do op-amp. O Iinh shift é a diferença de Icm para os 2 semicondutores de entrada do DUT.
Ao construir circuitos, é necessário considerar estes I's ao ligar resistências. Se o Iinx não for tido em conta, pode criar um U diferencial, o que levará a um funcionamento incorrecto do op-amp.
Udifmax é o U que é aplicado entre as entradas do op-amp. O seu valor caracteriza a exclusão de danos nos semicondutores da fase diferencial.
Para uma protecção fiável, 2 díodos e um estabilizador são ligados em contra-paralelo entre as entradas do op-amp. A entrada diferencial R é caracterizada pelo R entre as duas entradas e a entrada de modo comum R é o valor entre as 2 entradas do DT que estão interligadas e a massa (terra). Os parâmetros de saída do DUT são a saída R (Rout), a saída máxima U e I. O parâmetro R out deve ser menor em valor para fornecer as melhores características de ganho.
Um repetidor emissor deve ser utilizado para atingir um pequeno valor R. I Out é alterado com um coleccionador I. A potência TCs são avaliadas pela potência máxima consumida pela Op-Amp. A causa do funcionamento incorrecto do op-amp é a dispersão do TC dos semicondutores do estágio de amplificador diferencial, que depende dos índices de temperatura (desvio de temperatura). Os parâmetros de frequência do Op-Amp são básicos. Contribuem para a amplificação de sinais harmónicos e pulsados (resposta rápida).
Um condensador está incluído tanto nos circuitos integrados de abertura de uso geral como nos especiais para evitar que sejam gerados sinais de alta frequência. Em baixas frequências os circuitos têm um factor C elevado sem feedback (OC). A comutação não-invertente é utilizada no caso de OC. Além disso, em alguns casos, por exemplo, na construção de um amplificador invertido, não é utilizado nenhum OC. Além disso, os op-amps têm características dinâmicas:
- A taxa de crescimento do Ug (SN Ug).
- O tempo de regulação do Uv (resposta do op-amp quando o U é picoado).
Onde utilizar
Existem 2 tipos de circuitos Op-Amp que diferem na forma como estão ligados. A principal desvantagem dos Op-Amps é a variabilidade do Q, dependendo do modo de operação. As principais áreas de aplicação são amplificadores: invertidos (IU) e não invertidos (NIU). No circuito LUT, o Q em U é definido com resistências (o sinal deve ser aplicado à entrada). O op-amp contém um op-amp do tipo série. Esta ligação é feita a uma das resistências. Só se aplica a V-.
Num DUT, os sinais são deslocados de fase. A fim de alterar o sinal da tensão negativa de saída, é necessário o funcionamento paralelo com U. A entrada, que é uma entrada não-invertente, deve ser ligada à terra. O sinal de entrada é alimentado para a entrada inversa através de uma resistência. Se a entrada não-invertente for para terra, a diferença U entre as entradas do op-amp é 0.
É possível distinguir os dispositivos em que os DUT são utilizados:
- Pré-amplificadores.
- Amplificadores de sinais de áudio e de frequência de vídeo.
- U comparadores.
- Difusores.
- Diferenciadores.
- Integradores.
- Elementos filtrantes.
- Rectificadores (melhor precisão dos parâmetros de saída).
- Estabilizadores U e I.
- Calculadoras analógicas a analógicas.
- ADC (Conversores analógicos para digitais).
- DAC (conversores de digital para analógico).
- Dispositivos para a geração de vários sinais.
- Engenharia informática.
Os amplificadores operacionais e as suas aplicações tornaram-se generalizados em vários aparelhos.
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