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Amplificador Operacional
Um Amplificador Operacional, ou Amp Op, é um amplificador diferencial de ganho
muito alto, com impedância de entrada muito alta e impedância de saída muito baixa.
Figura 1: Símbolo do Amp-Op.
Do ponto de vista do sinal, o Amp Op tem 3 terminais: 2 terminais de entrada e 1
terminal de saída. Os terminais 1 e 2 são as entradas e o terminal 3 é a saída. Os
amplificadores operacionais devem ser alimentados com uma fonte cc para operar. Quase
todos os CIs Amp-Ops necessitam de uma fonte cc simétrica.
Figura 2: Amp-Op conectado a fonte de alimentação cc simétrica.
Amp Op Ideal
O amp op é projetado para operar como um sensor da diferença entre os sinais de
tensão aplicados em seus dois terminais de entrada (isto é, o valor de ), v2 − v1
multiplicando-se esse valor por um número A que resulta em uma tensão A( ), que v2 − v1
aparece no terminal de saída 3.
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Em um amp op ideal é suposto que nenhuma corrente de entrada seja drenada, isto é,
a corrente do sinal no terminal 1 e a corrente do sinal no terminal 2 são ambas iguais a zero.
Em outras palavras, a impedância de entrada do amp op ideal é supostamente infinita.
O terminal 3 é suposto como se fosse o terminal de uma fonte de tensão ideal. Isto é, a
tensão entre o terminal 3 e o terra será sempre igual a A( ) e será independente da v2 − v1
corrente que possa ser drenada do terminal 3 por uma impedância de carga. A Figura a seguir
ilustra o que foi dito acima.
Figura 3: Circuito Equivalente do Amp Op ideal.
O Amp Op ideal tem um ganho A que permanece constante, desde frequência zero até
frequência infinita. Isto é, o Amp Op amplificará sinais de qualquer frequência com igual
ganho. O Amp Op ideal deve ter um valor de ganho A muito alto ou mesmo infinito.
Configurações em malha fechada
Amplificador Inversor
Figura 4: Configuração inversora em malha fechada.
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Configuração não inversora
Figura 6: Configuração não inversora.
Ganho em Malha Fechada: 1G = vi
v0 = + R1
R2
Amplificador Somador
A tensão de saída deste circuito é a soma algébrica das tensões aplicadas às entradas,
multiplicada pelo ganho dado pelos resistores.
Figura 7: Amplificador Somador.
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Amplificador Diferenciador Inversor
O diferenciador é um circuito que realiza a operação matemática de diferenciação. Ele
produz uma tensão de saída proporcional a inclinação da função da tensão de entrada.
Figura 8.: Amplificador Diferenciador Inversor.
Ganho em Malha Fechada: CG = vi
v0 = − R dtdV (t)i
Amplificador Integrador Inversor
O integrador é um circuito que executa a operação de integração. Se uma tensão fixa
for aplicada como entrada para um integrador, a tensão de saída cresce sobre um período de
tempo, fornecendo uma tensão em forma de rampa.
Figura 9: Amplificador Integrador Inversor.
Ganho em Malha Fechada: (t)dtG = vi
v0 = − 1RC ∫
t
0V i
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Diodos
Diodos são elementos fundamentais de circuito, em que apresentam uma relação i
(corrente) - (tensão) não-linear. A característica elétrica do diodo ideal pode ser v
interpretada como segue: se uma tensão negativa - em relação à referência indicada na Figura
10 (a) - for aplicada no diodo, não haverá circulação de corrente e o diodo se comporta como
um circuito aberto como indicado na Figura 10 (b) nesse modo é dito está reversamente
polarizado.
Por outro lado, se uma corrente positiva - em relação à referência indicada na Figura
10 (a) - for aplicada a queda de tensão no diodo é zero. Nestas condições, o diodo se
comporta como um curto-circuito como na Figura 10 (c) nesse caso é dito está em
condução.
Figura 10: Diodo Ideal.
Curva Característica do Diodo
Conforme indicado a curva característica consiste em três regiões distintas:
● A região de polarização direta, determinada por . 0v >
● A região de polarização reversa, determinada por 0 .v <
● A região de ruptura, determinada por . v < − V ZK
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Figura 11: Curva característica do diodo com escalas expandidas e outras comprimidas a fim
de revelar certos detalhes.
Região de Polarização Direta
A região direta é uma região de operação estabelecida quando a tensão for positiva. v
Observando a característica na região direta na Figura 11, percebe-se que a corrente é i − v
desprezivelmente pequena para V. Esse valor é definido como tensão de corte, em 0,v < 5
que esse limiar é consequência da relação exponencial. Outra consequência é o aumento
rápido de , desta maneira para uma “condução plena” a queda de tensão no diodo se i
restringe a faixa de a V. Dando origem ao modelo em que a queda de tensão no ,0 6 ,0 8
diodo é de aproximadamente V.,0 7
Equação da Corrente no Diodo Real (Lei do Diodo) para Polarização Direta
(e )iD = IS V D/n.V T − 1
= corrente no diodo.iD
= tensão no diodo.V D
= corrente de saturação.IS
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= fator de idealidade .n 1 )( ≤ n ≤ 2
.T /qV T = k
= Constante de Boltzmann = . k , 8 0 J/K1 3 × 1 −23
= Temperatura em Kelvin = .T 273 (ºC))( + T
= Carga do elétron = .q , 0 C1 6 × 1 −19
= para .V T 5, mV2 8 5ºC2
Forma logarítmica:
, .n.V .log.V 2 − V 1 = 2 3 T I1
I2
Região de Polarização Reversa
A operação na região de polarização reversa é obtida quando a tensão aplicada é v
negativa, como visto na Figura ?. Diodos reais apresentam corrente reversa de valor muito
pequeno devido a efeitos de fuga, em que aumenta proporcional a tensão reversa.
Região de Ruptura
A região de ruptura pode ser identificada na Figura 11, que é obtida quando a tensão
reversa excede a um valor de limiar específico para um diodo particular e é chamada de
tensão de ruptura. É a tensão de “joelho da curva” na Figura 11 representada por , na V ZK
região de ruptura a corrente reversa aumenta rapidamente com um aumento muito pequeno
na queda de tensão associada.
Diodo - Retificador com Filtro Capacitivo
Uma forma de reduzir a tensão de saída é conectar um capacitor em paralelo com o
resistor de carga, em que o capacitor de filtro serve para reduzir as variações de tensões de
saída.
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Figura 12: Curva característica do diodo
Supondo o circuito da Figura 12, para uma entrada senoidal o capacitor carrega até o
valor de pico . Então o diodo corta e o capacitor descarrega através da resistência da carga V p
, a descarga do capacitor continuará por quase todo o ciclo até o instante em que excedaR V I
o valor da tensão no capacitor. Assim o diodo conduz novamente carregando o capacitor até o
valor de pico de e o processo se repete. Para manter a tensão de saída sem que esta V I
diminui significamente durante a descarga do capacitor, escolhemos o valor de de modo C
que a constante de tempo seja muito maior do que o intervalo de tempo de descarga.
Figura 13: Curva característica do diodo.
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Diodo - Dobrador de Tensão
Circuito Grampeador
É circuito muito interessante com muitas aplicações, uma forma de visualizar a
operação do circuito da Figura 14 : como o diodo está conectado em paralelo com a saída e
com a polaridade mostrada, ele evita que a tensão na saída seja menor que 0 V (pela
condução e carga do capacitor, fazendo então que a saída seja maior que 0 V), mas essa
conexão não limita excursão positiva de . Desta maneira a forma de onda de saída terá, V 0
portanto, seu pico mais baixo “grampeado” em 0 V. Por exemplo, a entrada for uma onda
quadrada com um nível de - 6 V e + 4 V, então será igual a 6 V e .V c V 0 = V t + V c
Figura 14: Circuito Grampeador.
Dobrador de Tensão
É um circuito composto por de duas seções em cascata: um grampeador formado por
e e um retificador de pico formado por e . Enquanto os picos positivos sãoC1 D1 C2 D2
grampeados em 0 V, o pico negativo atinge . Em resposta a essa forma de onda, a V− 2 p
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seção do detector de pico proporciona, através do capacitor , uma tensão CC negativa de C2
valor igual a .V2 p
Figura 15: Circuito Dobrador de Tensão.
Diodos Zener
Nas aplicações normais dos diodos zener, a corrente circula entrando pelo catodo, ou
seja, o catado é positivo em relação ao anodo. Portanto e na Figura 16 são valores Iz V z
positivos. São diodos criados para operar na região de ruptura.
Figura 16: Símbolo diodo zener.
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Figura 17: Curva característica do diodo zener.
Uso do Diodo Zener Como Regulador Paralelo
O circuito regulador com diodo Zener deve ser alimentado na entrada com uma tensão
pelo menos 40% superior ao valor da tensão Zener, para que possa efetuar adequadamente a
regulação. Por exemplo, se a tensão regulada for especificada com um valor de 6 V o circuito
regulador deve utilizar um diodo Zener com = 6V e ser alimentado com uma tensão de V z
entrada de pelo menos 8,5 V. Com base na Figura ?, a corrente através do resistor limitador é
dada pela soma .Is = Iz + Ir
Com o diodo Zener operando na região de ruptura, a corrente através do resistor
limitador é tal que a queda de tensão se torna . Como a tensão Zener se V s = V ent − V z
mantém praticamente constante, conclui-se que o decréscimo no nível da tensão de entrada é
totalmente aplicado entre os terminais do resistor limitador.
Figura 18: Circuito zener como regulador paralelo.
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Transistores Bipolares de Junção (TBJ)
Transistor Bipolar de Junção (TBJ ou BJT, do inglês: bipolar junction transistor) é
formado por duas junções pn com duas possibilidades básica: NPN e PNP, terminal central,
denominado base, “controla” a corrente que circula pelos dois terminais principais, emissor e
coletor.
Figura 19: Configuração TBJ NPN.
Figura 20: Configuração TBJ PNP.
Transistor TBJ: Chave
Para que o TBJ opere como chave, devemos utilizar os modos de operação no
corrente e na saturação. Quando um transistor está saturado opera como um curto (chave
fechada) entre o coletor e o emissor de forma que = 0 V e quando está no corte, opera V CE
como um circuito aberto (chave aberta) entre o coletor e o emissor, de forma que . V CE = V CC
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No ponto de saturação (chave fechada) a corrente de base é alta ( ) e no ponto de corte IB SAT
(chave aberta) a corrente de base é zero.
Figura 21: Transistor Bipolar de Junção.
TBJ - O amplificador emissor comum
O Amplificador Emissor Comum é um dos blocos mais utilizados em projetos de
circuitos integrados, apresentando características de ganho de corrente, ganho de tensão,
impedância de entrada e impedância de saída bastante flexíveis e úteis. Para operar como
amplificador um transistor deve ser polarizado na região ativa. A polarização deve
estabelecer uma corrente cc constante no coletor, insensível a variações de temperatura, β,
etc.
Figura 22: Transistor TBJ: Amplificador Emissor Comum.
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Operação em pequeno sinal e modelos
Transistores de Efeito de Campo (FETS)
O MOSFET ou simplesmente FET (MOS = metal-oxide semiconductor - metal óxido
semicondutor e FET = field effect transistor - transistor de efeito de campo ), é um tipo de
transistor, componente usado como chave ou amplificador de sinais elétricos.
Transistor FET: Chave
O MOSFET é uma chave ativa com camadas semicondutoras N e P, cujo controle de
condução é feito por um terminal isolado chamado de gate (porta). É um semicondutor
totalmente controlado, através de uma tensão aplicada entre o gate e o source. O transistor
MOSFET (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, ou transistor de
efeito de campo de semicondutor de óxido metálico). Quando uma tensão VGS adequada é
aplicada, o MOSFET entra em condução e conduz correntes positivas ( ). Com a i > 0
remoção da tensão VGS, o MOSFET bloqueia tensões positivas .DSV > 0
Figura 23: Símbolo do MOSFET.
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