Noções básicas de circuitos integrados
A electronic circuit é um grupo de componentes eletrônicos conectados para uma finalidade específica.
Um circuito eletrônico simples pode ser projetado facilmente porque requer poucos componentes eletrônicos discretos e conexões. No entanto, projetar um circuito eletrônico complexo é difícil, pois requer mais número de componentes eletrônicos discretos e suas conexões. Também leva tempo para construir tais circuitos complexos e sua confiabilidade também é menor. Essas dificuldades podem ser superadas com circuitos integrados.
Circuito Integrado (IC)
Se vários componentes eletrônicos estão interconectados em um único chip de material semicondutor, esse chip é chamado de Integrated Circuit (IC). Consiste em componentes ativos e passivos.
Este capítulo discute as vantagens e tipos de CIs.
Vantagens dos circuitos integrados
Os circuitos integrados oferecem muitas vantagens. Eles são discutidos abaixo -
Compact size - Para uma determinada funcionalidade, você pode obter um circuito de tamanho menor usando ICs, em comparação com aquele construído usando um circuito discreto.
Lesser weight- Um circuito construído com ICs pesa menos quando comparado ao peso de um circuito discreto que é usado para implementar a mesma função do IC. usando ICs, em comparação com aquele construído usando um circuito discreto.
Low power consumption - Os ICs consomem menos energia do que um circuito tradicional, devido ao seu tamanho e construção menores.
Reduced cost - Os ICs estão disponíveis a um custo muito mais reduzido do que os circuitos discretos por causa de suas tecnologias de fabricação e uso de menos material do que os circuitos discretos.
Increased reliability - Uma vez que empregam conexões menores, os ICs oferecem maior confiabilidade em comparação aos circuitos digitais.
Improved operating speeds - Os ICs operam em velocidades melhoradas por causa de suas velocidades de comutação e menor consumo de energia.
Tipos de circuitos integrados
Os circuitos integrados são de dois tipos − Analog Integrated Circuits and Digital Integrated Circuits.
Circuitos Integrados Analógicos
Os circuitos integrados que operam em toda uma gama de valores contínuos da amplitude do sinal são chamados de Analog Integrated Circuits. Estes são classificados em dois tipos, conforme discutido aqui -
Linear Integrated Circuits- Um CI analógico é chamado de Linear, se houver uma relação linear entre sua tensão e corrente. IC 741, um amplificador operacional Dual In-line Package (DIP) de 8 pinos, é um exemplo de IC Linear.
Radio Frequency Integrated Circuits- Um CI analógico é considerado Não Linear, se houver uma relação não linear entre sua tensão e corrente. Um IC não linear também é chamado de IC de radiofrequência.
Circuitos integrados digitais
Se os circuitos integrados operam apenas em alguns níveis predefinidos, em vez de operar para uma faixa inteira de valores contínuos da amplitude do sinal, então esses são chamados de Digital Integrated Circuits.
Nos próximos capítulos, discutiremos sobre vários circuitos integrados lineares e suas aplicações.
O Amplificador Operacional, também chamado de Op-Amp, é um circuito integrado que pode ser usado para realizar várias operações lineares, não lineares e matemáticas. Um op-amp é umdirect coupled high gain amplifier. Você pode operar o amplificador operacional com sinais AC e DC. Este capítulo discute as características e tipos de amplificadores operacionais.
Construção de amplificador operacional
Um op-amp consiste em amplificadores diferenciais, um tradutor de nível e um estágio de saída. Um amplificador diferencial está presente no estágio de entrada de um amplificador operacional e, portanto, um amplificador operacional consiste emtwo input terminals. Um desses terminais é chamado deinverting terminal e o outro é chamado de non-inverting terminal. Os terminais são nomeados com base na relação de fase entre suas respectivas entradas e saídas.
Características do amplificador operacional
As características ou parâmetros importantes de um amplificador operacional são as seguintes -
- Ganho de tensão de loop aberto
- Tensão de compensação de saída
- Taxa de rejeição de modo comum
- Taxa de giro
Esta seção discute essas características em detalhes conforme fornecido abaixo -
Ganho de tensão de loop aberto
O ganho de tensão de loop aberto de um amplificador operacional é seu ganho diferencial sem qualquer caminho de feedback.
Matematicamente, o ganho de tensão de loop aberto de um amplificador operacional é representado como -
$$A_{v}= \frac{v_0}{v_1-v_2}$$
Tensão de compensação de saída
A tensão presente na saída de um amplificador operacional quando sua tensão de entrada diferencial é zero é chamada de output offset voltage.
Taxa de rejeição de modo comum
Taxa de rejeição de modo comum (CMRR) de um op-amp é definido como a razão do ganho diferencial de malha fechada, $A_{d}$ e o ganho de modo comum, $A_{c}$.
Matematicamente, CMRR pode ser representado como -
$$CMRR=\frac{A_{d}}{A_{c}}$$
Observe que o ganho do modo comum, $A_{c}$ de um op-amp é a relação entre a tensão de saída do modo comum e a tensão de entrada do modo comum.
Taxa de giro
A taxa de variação de um amplificador operacional é definida como a taxa máxima de mudança da tensão de saída devido a uma tensão de entrada em degrau.
Matematicamente, a taxa de variação (SR) pode ser representada como -
$$SR=Maximum\:of\:\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$
Onde, $V_{0}$é a tensão de saída. Em geral, a taxa de variação é medida em qualquer$V/\mu\:Sec$ ou $V/m\:Sec$.
Tipos de amplificadores operacionais
Um op-amp é representado por um símbolo de triângulo com duas entradas e uma saída.
Os op-amps são de dois tipos: Ideal Op-Amp e Practical Op-Amp.
Eles são discutidos em detalhes conforme fornecido abaixo -
Op-Amp ideal
Um op-amp ideal existe apenas em teoria e não existe na prática. oequivalent circuit de um op-amp ideal é mostrado na figura abaixo -
A ideal op-amp exibe as seguintes características -
Impedância de entrada $Z_{i}=\infty\Omega$
Impedância de saída $Z_{0}=0\Omega$
Ganho de tensão de loop aberto $A_{v}=\infty$
Se (o diferencial) tensão de entrada $V_{i}=0V$, então a tensão de saída será $V_{0}=0V$
Largura de banda é infinity. Isso significa que um op-amp ideal amplificará os sinais de qualquer frequência sem qualquer atenuação.
Taxa de rejeição de modo comum (CMRR) é infinity.
Taxa de giro (SR) é infinity. Isso significa que o amplificador operacional ideal produzirá uma mudança na saída instantaneamente em resposta a uma tensão de passo de entrada.
Amp óptico prático
Praticamente, os amplificadores operacionais não são ideais e se desviam de suas características ideais devido a algumas imperfeições durante a fabricação. oequivalent circuit de um amplificador operacional prático é mostrado na figura a seguir -
UMA practical op-amp exibe as seguintes características -
Impedância de entrada, $Z_{i}$ na ordem de Mega ohms.
Impedância de saída, $Z_{0}$ na ordem de few ohms..
Ganho de tensão de loop aberto, $A_{v}$ será high.
Ao escolher um amplificador operacional prático, você deve verificar se ele satisfaz as seguintes condições -
Impedância de entrada, $Z_{i}$ deve ser o mais alto possível.
Impedância de saída, $Z_{0}$ deve ser o mais baixo possível.
Ganho de tensão de loop aberto, $A_{v}$ deve ser o mais alto possível.
A tensão de compensação de saída deve ser a mais baixa possível.
A largura de banda operacional deve ser a mais alta possível.
O CMRR deve ser o mais alto possível.
A taxa de variação deve ser a mais alta possível.
Note - O amplificador operacional IC 741 é o amplificador operacional mais popular e prático.
Diz-se que um circuito é linear, se houver uma relação linear entre sua entrada e a saída. Da mesma forma, diz-se que um circuito énon-linear, se houver uma relação não linear entre sua entrada e saída.
Os op-amps podem ser usados em aplicações lineares e não lineares. A seguir estão as aplicações básicas do op-amp -
- Amplificador de inversão
- Amplificador não inversor
- Seguidor de tensão
Este capítulo discute esses aplicativos básicos em detalhes.
Amplificador de inversão
Um amplificador inversor leva a entrada por meio de seu terminal inversor por meio de um resistor $R_{1}$, e produz sua versão amplificada como saída. Este amplificador não apenas amplifica a entrada, mas também a inverte (muda seu sinal).
o circuit diagram de um amplificador inversor é mostrado na figura a seguir -
Observe que, para um amplificador operacional, a tensão no terminal de entrada inversor é igual à tensão em seu terminal de entrada não inversor. Fisicamente, não há curto entre esses dois terminais, masvirtually, Eles estão dentro short um com o outro.
No circuito mostrado acima, o terminal de entrada não inversor é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado no terminal de entrada não inversor do amplificador operacional.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversora de um amplificador operacional será zero volts.
o nodal equation no nó deste terminal é como mostrado abaixo -
$$\frac{0-V_i}{R_1}+ \frac{0-V_0}{R_f}=0$$
$$=>\frac{-V_i}{R_1}= \frac{V_0}{R_f}$$
$$=>V_{0}=\left(\frac{-R_f}{R_1}\right)V_{t}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}= \frac{-R_f}{R_1}$$
A relação da tensão de saída $V_{0}$ e a tensão de entrada $V_{i}$é o ganho de voltagem ou ganho do amplificador. Portanto, ogain of inverting amplifier é igual a $-\frac{R_f}{R_1}$.
Observe que o ganho do amplificador inversor está tendo um negative sign. Indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a entrada e a saída.
Amplificador não inversor
Um amplificador não inversor recebe a entrada por meio de seu terminal não inversor e produz sua versão amplificada como saída. Como o nome sugere, este amplificador apenas amplifica a entrada, sem inverter ou alterar o sinal da saída.
o circuit diagram de um amplificador não inversor é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, a tensão de entrada $V_{i}$é aplicado diretamente ao terminal de entrada não inversor do amplificador operacional. Portanto, a tensão no terminal de entrada não inversora do amplificador operacional será$V_{i}$.
Usando voltage division principle, podemos calcular a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional, conforme mostrado abaixo -
$$=>V_{1} = V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)$$
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversora de um amplificador operacional é a mesma que a tensão em seu terminal de entrada não inversor.
$$=>V_{1} = V_{i}$$
$$=>V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)=V_{i}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}=\frac{R_1+R_f}{R_1}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}=1+\frac{R_f}{R_1}$$
Agora, a relação da tensão de saída $V_{0}$ e tensão de entrada $V_{i}$ ou o ganho de tensão ou gain of the non-inverting amplifier é igual a $1+\frac{R_f}{R_1}$.
Observe que o ganho do amplificador não inversor está tendo um positive sign. Indica que não há diferença de fase entre a entrada e a saída.
Seguidor de tensão
UMA voltage followeré um circuito eletrônico, que produz uma saída que segue a tensão de entrada. É um caso especial de amplificador não inversor.
Se considerarmos o valor do resistor de feedback, $R_{f}$como zero ohms e (ou) o valor do resistor, 1 como infinitos ohms, então um amplificador não inversor se torna um seguidor de tensão. ocircuit diagram de um seguidor de tensão é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, a tensão de entrada $V_{i}$é aplicado diretamente ao terminal de entrada não inversor do amplificador operacional. Portanto, a tensão no terminal de entrada não inversora do op-amp é igual a$V_{i}$. Aqui, a saída é conectada diretamente ao terminal de entrada inversora do opamp. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora do op-amp é igual a$V_{0}$.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional é a mesma que a tensão em seu terminal de entrada não inversor.
$$=>V_{0} = V_{i}$$
Então, a tensão de saída $V_{0}$ de um seguidor de tensão é igual à sua tensão de entrada $V_{i}$.
Então, o gain of a voltage follower é igual a um, uma vez que ambas as tensões de saída $V_{0}$ e tensão de entrada $V_{i}$ do seguidor de tensão são os mesmos.
No capítulo anterior, discutimos sobre as aplicações básicas do op-amp. Observe que eles vêm sob as operações lineares de um amplificador operacional. Neste capítulo, vamos discutir sobre os circuitos aritméticos, que também são aplicações lineares do amplificador operacional.
Os circuitos eletrônicos, que realizam operações aritméticas são chamados de arithmetic circuits. Usando amplificadores operacionais, você pode construir circuitos aritméticos básicos, como umadder e um subtractor. Neste capítulo, você aprenderá sobre cada um deles em detalhes.
Adicionador
Um somador é um circuito eletrônico que produz uma saída, que é igual à soma das entradas aplicadas. Esta seção discute sobre o circuito adicionador baseado em amp op.
Um somador baseado em op-amp produz uma saída igual à soma das tensões de entrada aplicadas em seu terminal inversor. Também é chamado desumming amplifier, já que a saída é amplificada.
o circuit diagram de um somador baseado em op-amp é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado em seu terminal de entrada não inversor.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversora de um amplificador operacional é a mesma que a tensão em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional será de zero volts.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora é
$$\frac{0-V_1}{R_1}+\frac{0-V_2}{R_2}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$
$$=>\frac{V_1}{R_1}-\frac{V_2}{R_2}=\frac{V_0}{R_f}$$
$$=>V_{0}=R_{f}\left(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}\right)$$
E se $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R$, então a tensão de saída $V_{0}$ será -
$$V_{0}=-R{}\left(\frac{V_1}{R}+\frac{V_2}{R}\right)$$
$$=>V_{0}=-(V_{1}+V_{2})$$
Portanto, o circuito adicionador baseado em amp op discutido acima irá produzir a soma das duas tensões de entrada $v_{1}$ e $v_{1}$, como a saída, quando todos os resistores presentes no circuito são do mesmo valor. Observe que a tensão de saída$V_{0}$ de um circuito somador é ter um negative sign, o que indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a entrada e a saída.
Subtractor
Um subtrator é um circuito eletrônico que produz uma saída, que é igual à diferença das entradas aplicadas. Esta seção discute sobre o circuito subtrator baseado em amp op.
Um subtrator baseado em amp op produz uma saída igual à diferença das tensões de entrada aplicadas em seus terminais inversores e não inversores. Também é chamado dedifference amplifier, já que a saída é amplificada.
o circuit diagram de um subtrator baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
Agora, vamos encontrar a expressão para a tensão de saída $V_{0}$ do circuito acima usando superposition theorem usando as seguintes etapas -
Passo 1
Em primeiro lugar, vamos calcular a tensão de saída $V_{01}$ considerando apenas $V_{1}$.
Para isso, elimine $V_{2}$fazendo-o curto-circuito. Então obtemos omodified circuit diagram conforme mostrado na figura a seguir -
Agora, usando o voltage division principle, calcule a tensão no terminal de entrada não inversor do amplificador operacional.
$$=>V_{p}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)$$
Agora, o circuito acima parece um amplificador não inversor com tensão de entrada $V_{p}$. Portanto, a tensão de saída$V_{01}$ do circuito acima será
$$V_{01}=V_{p}\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$
Substituto, o valor de $V_{p}$ na equação acima, obtemos a tensão de saída $V_{01}$ considerando apenas $V_{1}$, como -
$$V_{01}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$
Passo 2
Nesta etapa, vamos encontrar a tensão de saída, $V_{02}$ considerando apenas $V_{2}$. Semelhante ao da etapa acima, elimine$V_{1}$fazendo-o curto-circuito. omodified circuit diagram é mostrado na figura a seguir.
Você pode observar que a tensão no terminal de entrada não inversora do amplificador operacional será zero volts. Isso significa que o circuito acima é simplesmente uminverting op-amp. Portanto, a tensão de saída$V_{02}$ do circuito acima será -
$$V_{02}=\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$
etapa 3
Nesta etapa, obteremos a tensão de saída $V_{0}$ do circuito subtrator por adding the output voltagesobtido na Etapa 1 e Etapa 2. Matematicamente, pode ser escrito como
$$V_{0}=V_{01}+V_{02}$$
Substituindo os valores de $V_{01}$ e $V_{02}$ na equação acima, obtemos -
$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)+\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$
$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$
E se $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R_{3}=R$, então a tensão de saída $V_{0}$ será
$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{R+R}\right)\left(1+\frac{R}{R}\right)-\left(\frac{R}{R}\right)V_{2}$$
$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{2R}\right)(2)-(1)V_{2}$$
$$V_{0}=V_{1}-V_{2}$$
Assim, o circuito subtrator baseado em amp op discutido acima irá produzir uma saída, que é a diferença de duas tensões de entrada $V_{1}$ e $V_{2}$, quando todos os resistores presentes no circuito são do mesmo valor.
Os circuitos eletrônicos que realizam as operações matemáticas de diferenciação e integração são chamados de diferenciador e integrador, respectivamente.
Este capítulo discute em detalhes sobre o op-amp baseado differentiatore integrador. Observe que eles também vêm em aplicações lineares de amplificador operacional.
Diferenciador
UMA differentiatoré um circuito eletrônico que produz uma saída igual à primeira derivada de sua entrada. Esta seção discute sobre o diferenciador baseado em amp op em detalhes.
Um diferenciador baseado em amplificador operacional produz uma saída, que é igual ao diferencial da tensão de entrada que é aplicada ao seu terminal inversor. ocircuit diagram de um diferenciador baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado ao seu terminal de entrada não inversor.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor do opamp será igual à tensão presente em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional será zero volts.
A equação nodal no nó do terminal de entrada inversora é -
$$C\frac{\text{d}(0-V_{i})}{\text{d}t}+\frac{0-V_0}{R}=0$$
$$=>-C\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}=\frac{V_0}{R}$$
$$=>V_{0}=-RC\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$
E se $RC=1\sec$, então a tensão de saída $V_{0}$ será -
$$V_{0}=-\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$
Assim, o circuito diferenciador baseado em amp op mostrado acima irá produzir uma saída, que é o diferencial da tensão de entrada $V_{i}$, quando as magnitudes das impedâncias do resistor e do capacitor são recíprocas entre si.
Observe que a tensão de saída $V_{0}$ está tendo um negative sign, o que indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a entrada e a saída.
Integrador
A integratoré um circuito eletrônico que produz uma saída que é a integração da entrada aplicada. Esta seção discute sobre o integrador baseado em amp op.
Um integrador baseado em amplificador operacional produz uma saída, que é parte integrante da tensão de entrada aplicada ao seu terminal inversor. ocircuit diagram de um integrador baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
No circuito mostrado acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado ao seu terminal de entrada não inversor.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor do amplificador operacional será igual à tensão presente em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional será zero volts.
o nodal equation no terminal de entrada inversora está -
$$\frac{0-V_i}{R}+C\frac{\text{d}(0-V_{0})}{\text{d}t}=0$$
$$=>\frac{-V_i}{R}=C\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$
$$=>\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}=-\frac{V_i}{RC}$$
$$=>{d}V_{0}=\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$
Integrando ambos os lados da equação mostrada acima, obtemos -
$$\int{d}V_{0}=\int\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$
$$=>V_{0}=-\frac{1}{RC}\int V_{t}{\text{d}t}$$
E se $RC=1\sec$, então a tensão de saída, $V_{0}$ será -
$$V_{0}=-\int V_{i}{\text{d}t}$$
Assim, o circuito integrador baseado em amp op discutido acima irá produzir uma saída, que é a integral da tensão de entrada $V_{i}$, quando a magnitude das impedâncias do resistor e do capacitor são recíprocas entre si.
Note - A tensão de saída, $V_{0}$ está tendo um negative sign, o que indica que existe 180 0 diferença de fase entre a entrada e a saída.
Tensão e corrente são as grandezas elétricas básicas. Eles podem ser convertidos um no outro, dependendo da necessidade.Voltage to Current Converter e atual para Voltage Convertersão os dois circuitos que auxiliam nessa conversão. Essas também são aplicações lineares de amplificadores operacionais. Este capítulo os discute em detalhes.
Conversor de tensão para corrente
UMA voltage to current converter ou V to I converter, é um circuito eletrônico que recebe corrente como entrada e produz tensão como saída. Esta seção discute sobre o conversor de tensão para corrente com base no amplificador operacional.
Um conversor de tensão em corrente baseado em amp operacional produz uma corrente de saída quando uma tensão é aplicada ao seu terminal não inversor. ocircuit diagram de um conversor de tensão para corrente baseado em amp operacional é mostrado na figura a seguir.
No circuito mostrado acima, uma tensão de entrada $V_{i}$é aplicado no terminal de entrada não inversor do amplificador operacional. De acordo comvirtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor de um amplificador operacional será igual à tensão em seu terminal de entrada não inversor. Então, a tensão no terminal de entrada inversora do op-amp será$V_{i}$.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora está -
$$\frac{V_i}{R_1}-I_{0}=0$$
$$=>I_{0}=\frac{V_t}{R_1}$$
Então, o output current $I_{0}$ de um conversor de tensão para corrente é a razão de sua tensão de entrada $V_{i}$ e resistência $R_{1}$.
Podemos reescrever a equação acima como -
$$\frac{I_0}{V_i}=\frac{1}{R_1}$$
A equação acima representa a relação da corrente de saída $I_{0}$ e a tensão de entrada $V_{i}$ e é igual ao recíproco de resistência $R_{1}$ A proporção da corrente de saída $I_{0}$ e a tensão de entrada $V_{i}$ é chamado de Transconductance.
Sabemos que a relação entre a saída e a entrada de um circuito é chamada de ganho. Portanto, o ganho de um conversor de tensão em corrente é a Transcondutância e é igual ao recíproco da resistência$R_{1}$.
Conversor de corrente para tensão
UMA current to voltage converter ou I to V converteré um circuito eletrônico que recebe corrente como entrada e produz tensão como saída. Esta seção discute sobre o conversor de corrente em tensão baseado em amp op.
Um conversor de corrente em tensão baseado em amp op produz uma tensão de saída quando a corrente é aplicada ao seu terminal inversor. ocircuit diagram de um conversor de corrente para tensão baseado em amp op é mostrado na figura a seguir.
No circuito mostrado acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado em seu terminal de entrada não inversor.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor de um amplificador operacional será igual à tensão em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora do amplificador operacional será de zero volts.
o nodal equation no nó do terminal inversor está -
$$-I_{i}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$
$$-I_{i}=\frac{V_0}{R_f}$$
$$V_{0}=-R_{t}I_{i}$$
Então, o output voltage, $V_{0}$ do conversor de corrente para tensão é o produto (negativo) da resistência de feedback, $R_{f}$ e a corrente de entrada, $I_{t}$. Observe que a tensão de saída,$V_{0}$ está tendo um negative sign, o que indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a corrente de entrada e a tensão de saída.
Podemos reescrever a equação acima como -
$$\frac{V_0}{I_i}=-R_{f}$$
A equação acima representa a relação da tensão de saída $V_{0}$ e a corrente de entrada $I_{i}$, e é igual ao negativo da resistência de feedback, $R_{f}$. A relação da tensão de saída$V_{0}$ e corrente de entrada $I_{i}$ é chamado de Transresistance.
Sabemos que a relação de saída e entrada de um circuito é chamada de gain. Portanto, o ganho de um conversor de corrente em tensão é sua resistência trans e é igual à resistência de feedback (negativa)$R_{f}$ .
UMA comparatoré um circuito eletrônico, que compara as duas entradas que são aplicadas a ele e produz uma saída. O valor de saída do comparador indica qual das entradas é maior ou menor. Observe que o comparador cai em aplicações não lineares de ICs.
Um op-amp consiste em dois terminais de entrada e, portanto, um comparador baseado em op-amp compara as duas entradas que são aplicadas a ele e produz o resultado da comparação como a saída. Este capítulo discute sobreop-amp based comparators.
Tipos de comparadores
Os comparadores são de dois tipos: Inverting e Non-inverting. Esta seção discute sobre esses dois tipos em detalhes.
Comparador de inversão
A inverting comparatoré um comparador baseado em amp op para o qual uma tensão de referência é aplicada ao seu terminal não inversor e a tensão de entrada é aplicada ao seu terminal inversor. Este comparador é chamado deinverting comparador porque a tensão de entrada, que deve ser comparada, é aplicada ao terminal inversor do amplificador operacional.
o circuit diagram de um comparador de inversão é mostrado na figura a seguir.
o operationde um comparador inversor é muito simples. Ele produz um dos dois valores,$+V_{sat}$ e $-V_{sat}$ na saída com base nos valores de sua tensão de entrada $V_{i}$ e a tensão de referência $V_{ref}$.
O valor de saída de um comparador inversor será $-V_{sat}$, para o qual a entrada $V_{i}$ a tensão é maior do que a tensão de referência $V_{ref}$.
O valor de saída de um comparador inversor será $+V_{sat}$, para o qual a entrada $V_{i}$ é menor que a tensão de referência $V_{ref}$.
Exemplo
Vamos desenhar o output wave form de um comparador de inversão, quando um sinal de entrada sinusoidal e uma tensão de referência de zero volts são aplicadas aos seus terminais inversor e não inversor, respectivamente.
o operation do comparador de inversão mostrado acima é discutido abaixo -
Durante o positive half cycledo sinal de entrada senoidal, a tensão presente no terminal inversor do op-amp é maior do que zero volts. Portanto, o valor de saída do comparador inversor será igual a$-V_{sat}$ durante meio ciclo positivo do sinal de entrada sinusoidal.
Da mesma forma, durante o negative half cycledo sinal de entrada senoidal, a tensão presente no terminal inversor do op-amp é menor que zero volts. Portanto, o valor de saída do comparador inversor será igual a$+V_{sat}$ durante meio ciclo negativo do sinal de entrada senoidal.
A figura a seguir mostra o input and output waveforms de um comparador inversor, quando a tensão de referência é zero volts.
Na figura mostrada acima, podemos observar que as transições de saída tanto de $-V_{sat}$ para $+V_{sat}$ ou de $+V_{sat}$ para $-V_{sat}$sempre que o sinal de entrada senoidal está cruzando zero volts. Em outras palavras, a saída muda seu valor quando a entrada passa de zero volts. Portanto, o circuito acima também é chamado deinverting zero crossing detector.
Comparador não inversor
Um comparador não inversor é um comparador baseado em amp op para o qual uma tensão de referência é aplicada ao seu terminal inversor e a tensão de entrada é aplicada ao seu terminal não inversor. Este comparador baseado em op-amp é chamado denon-inverting comparador porque a tensão de entrada, que deve ser comparada, é aplicada ao terminal não inversor do amplificador operacional.
o circuit diagram de um comparador não inversor é mostrado na figura a seguir
o operationde um comparador não inversor é muito simples. Ele produz um dos dois valores,$+V_{sat}$ e $-V_{sat}$ na saída com base nos valores da tensão de entrada $V_{t}$ e a tensão de referência $+V_{ref}$.
O valor de saída de um comparador não inversor será $+V_{sat}$, para o qual a tensão de entrada $V_{i}$ é maior que a tensão de referência $+V_{ref}$.
O valor de saída de um comparador não inversor será $-V_{sat}$, para o qual a tensão de entrada $V_{i}$ é menor que a tensão de referência $+V_{ref}$.
Exemplo
Vamos desenhar o output wave form de um comparador não inversor, quando um sinal de entrada sinusoidal e tensão de referência de zero volts são aplicados aos terminais não inversores e inversores do amplificador operacional, respectivamente.
o operation de um comparador não inversor é explicado abaixo -
Durante o positive half cycledo sinal de entrada sinusoidal, a tensão presente no terminal não inversor do op-amp é maior do que zero volts. Portanto, o valor de saída de um comparador não inversor será igual a$+V_{sat}$ durante o meio ciclo positivo do sinal de entrada senoidal.
Da mesma forma, durante o negative half cycledo sinal de entrada senoidal, a tensão presente no terminal não inversor do op-amp é menor que zero volts. Portanto, o valor de saída do comparador não inversor será igual a$-V_{sat}$ durante o meio ciclo negativo do sinal de entrada senoidal.
A figura a seguir mostra o input and output waveforms de um comparador não inversor, quando a tensão de referência é zero volts.
Na figura mostrada acima, podemos observar que as transições de saída tanto de $+V_{sat}$ para $-V_{sat}$ ou de $-V_{sat}$ para $+V_{sat}$sempre que o sinal de entrada senoidal cruza zero volts. Isso significa que a saída muda seu valor quando a entrada passa de zero volts. Portanto, o circuito acima também é chamado denon-inverting zero crossing detector.
Os circuitos eletrônicos que realizam as operações matemáticas, como logaritmo e anti-logaritmo (exponencial) com uma amplificação são chamados de Logarithmic amplifier e Anti-Logarithmic amplifier respectivamente.
Este capítulo discute sobre o Logarithmic amplifier e Anti-Logarithmic amplifierem detalhe. Observe que esses amplificadores se enquadram em aplicações não lineares.
Amplificador Logarítmico
UMA logarithmic amplifier, ou um log amplifier, é um circuito eletrônico que produz uma saída proporcional ao logaritmo da entrada aplicada. Esta seção discute sobre o amplificador logarítmico baseado em amp op em detalhes.
Um amplificador logarítmico baseado em amp op produz uma tensão na saída, que é proporcional ao logaritmo da tensão aplicada ao resistor conectado ao seu terminal inversor. ocircuit diagram de um amplificador logarítmico baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado no terminal de entrada não inversor do amplificador operacional.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor de um amplificador operacional será igual à tensão em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no terminal de entrada inversora será zero volts.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora está -
$$\frac{0-V_i}{R_1}+I_{f}=0$$
$$=>I_{f}=\frac{V_i}{R_1}......Equation 1$$
O seguinte é o equation for current fluindo através de um diodo, quando está em polarização direta -
$$I_{f}=I_{s} e^{(\frac{V_f}{nV_T})} ......Equation 2$$
Onde,
$I_{s}$ é a corrente de saturação do diodo,
$V_{f}$ é a queda de tensão no diodo, quando está em polarização direta,
$V_{T}$ é a tensão equivalente térmica do diodo.
o KVL equation em torno do ciclo de feedback do amplificador operacional será -
$$0-V_{f}-V_{0}=0$$
$$=>V_{f}=-V_{0}$$
Substituindo o valor de $V_{f}$ na Equação 2, temos -
$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)} ......Equation 3$$
Observe que os termos do lado esquerdo da equação 1 e da equação 3 são iguais. Portanto, iguale o termo do lado direito dessas duas equações como mostrado abaixo -
$$\frac{V_i}{R_1}=I_{s}e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$
$$\frac{V_i}{R_1I_s}= e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$
Aplicando natural logarithm em ambos os lados, temos -
$$In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)= \frac{-V_0}{nV_T}$$
$$V_{0}=-{nV_T}In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)$$
Observe que na equação acima, os parâmetros n, ${V_T}$ e $I_{s}$são constantes. Então, a tensão de saída$V_{0}$ será proporcional ao natural logarithm da tensão de entrada $V_{i}$ para um valor fixo de resistência $R_{1}$.
Portanto, o circuito amplificador logarítmico baseado em amp op discutido acima irá produzir uma saída, que é proporcional ao logaritmo natural da tensão de entrada ${V_T}$, quando ${R_1I_s}=1V$.
Observe que a tensão de saída $V_{0}$ tem um negative sign, o que indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a entrada e a saída.
Amplificador Antilogarítmico
A anti-logarithmic amplifier, ou um anti-log amplifier, é um circuito eletrônico que produz uma saída proporcional ao anti-logaritmo da entrada aplicada. Esta seção discute sobre o amplificador anti-logarítmico baseado em amp op em detalhes.
Um amplificador anti-logarítmico baseado em amp op produz uma voltagem na saída, que é proporcional ao anti-logaritmo da voltagem que é aplicada ao diodo conectado ao seu terminal inversor.
o circuit diagram de um amplificador anti-logarítmico baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
No circuito mostrado acima, o terminal de entrada não inversor do op-amp é conectado ao aterramento. Significa que zero volts é aplicado ao seu terminal de entrada não inversor.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor do amplificador operacional será igual à tensão presente em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão em seu terminal de entrada inversora será zero volts.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora está -
$$-I_{f}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$
$$=>-\frac{V_0}{R_f}=I_{f}$$
$$=>V_{0}=-R_{f}I_{f}.........Equation 4$$
Sabemos que a equação para a corrente que flui através de um diodo, quando está em polarização direta, é a seguinte -
$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}$$
Substituindo o valor de $I_{f}$ na Equação 4, temos
$$V_{0}=-R_{f}\left \{{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}\right \}$$
$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}......Equation 5$$
A equação KVL no lado de entrada do terminal inversor do amplificador operacional será
$$V_{i}-V_{f}=0$$
$$V_{f}=V_{i}$$
Substituindo, o valor de na Equação 5, obtemos -
$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_i}{nV_T}\right)}}$$
Observe que, na equação acima, os parâmetros n, ${V_T}$ e $I_{s}$são constantes. Então, a tensão de saída${V_0}$ será proporcional ao anti-natural logarithm (exponencial) da tensão de entrada ${V_i}$, para um valor fixo de resistência de feedback ${R_f}$.
Portanto, o circuito amplificador anti-logarítmico baseado em amp op discutido acima irá produzir uma saída, que é proporcional ao logaritmo anti-natural (exponencial) da tensão de entrada ${V_i}$ quando, ${R_fI_s}= 1V$. Observe que a tensão de saída${V_0}$ está tendo um negative sign, o que indica que existe uma diferença de fase de 180 0 entre a entrada e a saída.
AC e DC são dois termos frequentes que você encontra ao estudar o fluxo de carga elétrica. Alternating Current (AC)tem a propriedade de mudar seu estado continuamente. Por exemplo, se considerarmos uma onda senoidal, a corrente flui em uma direção para meio ciclo positivo e na direção oposta para meio ciclo negativo. Por outro lado,Direct Current (DC) flui apenas em uma direção.
Um circuito eletrônico, que produz um sinal DC ou um sinal DC pulsado, quando um sinal AC é aplicado a ele é chamado de rectifier. Este capítulo discute sobre retificadores baseados em amp op em detalhes.
Tipos de retificadores
Os retificadores são classificados em dois tipos: Half wave rectifier e Full wave rectifier. Esta seção discute sobre esses dois tipos em detalhes.
Retificador de meia onda
UMA half wave rectifier é um retificador que produz semiciclos positivos na saída para um meio ciclo da entrada e saída zero para a outra metade do ciclo da entrada.
o circuit diagram de um retificador de meia onda é mostrado na figura a seguir.
Observe que o diagrama do circuito de um retificador de meia onda mostrado acima se parece com um amplificador inversor, com dois diodos D 1 e D 2 em adição.
o working do circuito retificador de meia onda mostrado acima é explicado abaixo
Para o positive half cycleda entrada senoidal, a saída do op-amp será negativa. Portanto, o diodo D 1 será polarizado diretamente.
Quando o diodo D 1 está em polarização direta, a tensão de saída do amplificador operacional será de -0,7 V. Portanto, o diodo D 2 terá polarização reversa. Portanto, ooutput voltage do circuito acima é zero volts.
Portanto, existe no (zero) output de retificador de meia onda para o meio ciclo positivo de uma entrada sinusoidal.
Para o negative half cyclede entrada senoidal, a saída do op-amp será positiva. Portanto, os diodos D 1 e D 2 serão polarizados reversamente e polarizados diretamente, respectivamente. Portanto, a tensão de saída do circuito acima será -
$$V_0=-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_1$$
Portanto, a saída de um retificador de meia onda será um positive half cycle para um meio ciclo negativo da entrada sinusoidal.
Formas de onda
o input e output waveforms de um retificador de meia onda são mostrados na figura a seguir
Como você pode ver no gráfico acima, o diagrama do circuito retificador de meia onda que discutimos produzirá positive half cycles para meios ciclos negativos de entrada sinusoidal e saída zero para meios ciclos positivos de entrada sinusoidal
Retificador de onda completa
UMA full wave rectifier produz meios ciclos positivos na saída para ambos os meios ciclos da entrada.
o circuit diagram de um retificador de onda completa é mostrado na figura a seguir -
O diagrama de circuito acima consiste em dois amplificadores operacionais, dois diodos, D 1 e D 2 e cinco resistores, R 1 a R 5 . oworking do circuito retificador de onda completa mostrado acima é explicado abaixo -
Para o positive half cyclede uma entrada sinusoidal, a saída do primeiro op-amp será negativa. Portanto, os diodos D 1 e D 2 serão polarizados diretamente e reversamente, respectivamente.
Então, a tensão de saída do primeiro op-amp será -
$$V_{01}=-\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_i$$
Observe que a saída do primeiro op-amp está conectada a um resistor R 4 , que está conectado ao terminal inversor do segundo op-amp. A tensão presente no terminal não inversor do segundo op-amp é 0 V. Assim, o segundo op-amp com resistores, R 4 e R 4 atua como uminverting amplifier.
A tensão de saída do segundo op-amp será
$$V_0=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$
Substituting o valor de $V_{01}$ na equação acima, obtemos -
$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)\left \{ -\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_{i} \right \}$$
$$=>V_{0}=\left(\frac{R_2R_5}{R_1R_4}\right)V_{i}$$
Portanto, a saída de um retificador de onda completa será um meio ciclo positivo para o positive half cyclede uma entrada sinusoidal. Neste caso, o ganho da saída é$\frac{R_2R_5}{R_1R_4}$. Se considerarmos$R_{1}=R_{2}=R_{4}=R_{5}=R$, então o ganho da saída será um.
Para o negative half cyclede uma entrada sinusoidal, a saída do primeiro op-amp será positiva. Portanto, os diodos D 1 e D 2 terão polarização reversa e polarização direta, respectivamente.
A tensão de saída do primeiro op-amp será -
$$V_{01}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}$$
A saída do primeiro op-amp é conectada diretamente ao terminal não inversor do segundo op-amp. Agora, o segundo op-amp com resistores, R 4 e R 5 atua como umnon-inverting amplifier.
A tensão de saída do segundo op-amp será -
$$V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$
Substituting o valor de $V_{01}$ na equação acima, temos
$$=>V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right) \left\{-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}\right \} $$
$$=>V_{0}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{i}$$
Portanto, a saída de um retificador de onda completa será um positive half cyclepara o meio ciclo negativo de entrada sinusoidal também. Neste caso, a magnitude do ganho da saída é$\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)$. Se considerarmos$R_{1}=2R_{3}=R_{4}=R_{5}=R$ então o ganho da saída será one.
o input e output waveforms de um retificador de onda completa são mostrados na figura a seguir
Como você pode ver na figura acima, o diagrama do circuito retificador de onda completa que consideramos produzirá apenas positive half cycles para meios ciclos positivos e negativos de uma entrada sinusoidal.
Wave shaping circuitssão os circuitos eletrônicos, que produzem a forma desejada na saída da forma de onda de entrada aplicada. Esses circuitos desempenham duas funções -
- Atenuar a onda aplicada
- Altere o nível CC da onda aplicada.
Existem dois tipos de circuitos de formação de onda: Clippers e Clampers. Neste capítulo, você aprenderá em detalhes sobre tosquiadeiras.
Clippers baseados em amp op
UMA clipperé um circuito eletrônico que produz uma saída removendo uma parte da entrada acima ou abaixo de um valor de referência. Isso significa que a saída de um clipper será a mesma da entrada para outra parte diferente da cortada. Devido a isso, a amplitude de pico a pico da saída de um clipper será sempre menor do que a da entrada.
A principal vantagem dos clippers é que eles eliminam o ruído indesejado presente na amplitude de um sinal CA.
Clippers podem ser classificados nos dois tipos a seguir com base na parte de recorte da entrada.
- Clipper positivo
- Clipper negativo
Eles são discutidos em detalhes conforme fornecido abaixo -
Clipper positivo
UMA positive clipper é um clipper que recorta apenas a (s) parte (s) positiva (s) do sinal de entrada.
o circuit diagramde clipper positivo é mostrado na figura a seguir -
No circuito mostrado acima, um sinal de tensão senoidal $V_{t}$é aplicado ao terminal não inversor do amplificador operacional. O valor da tensão de referência$V_{ref}$ pode ser escolhido variando o resistor $R_{2}$.
o operation do circuito mostrado acima é explicado abaixo -
Se o valor da tensão de entrada $V_i$ é menor que o valor da tensão de referência $V_{ref}$, então o diodo D 1 conduz. Então, o circuito fornecido acima se comporta como umvoltage follower. Portanto, a tensão de saída$V_{0}$ do circuito acima será o mesmo da tensão de entrada $V_{i}$, para $V_{i}$ < $V_{ref}$.
Se o valor da tensão de entrada $V_{i}$ é maior que o valor da tensão de referência $V_{ref}$, então o diodo D 1 estará desligado. Agora, o op-amp opera em um circuito aberto desde que o caminho de feedback foi aberto. Portanto, a tensão de saída$V_{0}$ do circuito acima será igual ao valor da tensão de referência $V_{ref}$, para $V_{i}$ > $V_{ref}$.
o input wave form e o correspondente output wave form de um clipper positivo para uma tensão de referência positiva $V_{ref}$, são mostrados na figura a seguir -
Clipper negativo
UMA negative clipperé um clipper que recorta apenas a (s) parte (s) negativa (s) do sinal de entrada. Você pode obter o circuito do clipper negativo invertendo o diodo e tomando a polaridade reversa da tensão de referência, no circuito que você viu para um clipper positivo.
o circuit diagram de um cortador de negativo é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, um sinal de tensão senoidal $V_{i}$é aplicado ao terminal não inversor do amplificador operacional. O valor da tensão de referência$V_{ref}$ pode ser escolhido variando o resistor $R_{2}$.
o operation de um circuito de clipper negativo é explicado abaixo -
Se o valor da tensão de entrada $V_{t}$ é maior que o valor da tensão de referência $V_{ref}$, então o diodo D 1 conduz. Então, o circuito acima se comporta como umvoltage follower. Portanto, a tensão de saída$V_{0}$ do circuito acima será o mesmo da tensão de entrada $V_{i}$ para $V_{i}$> $V_{ref}$.
Se o valor da tensão de entrada $V_{i}$for menor que o valor da tensão de referência, então o diodo D 1 estará desligado. Agora, o op-amp opera em malha aberta, já que o caminho de feedback está aberto. Portanto, a tensão de saída$V_{0}$ do circuito acima será igual ao valor da tensão de referência,$V_{ref}$ para $V_{i}$ < $V_{ref}$.
o input wave form e o correspondente output wave form de um clipper negativo, para uma tensão de referência negativa $V_{ref}$, são mostrados na figura a seguir -
No capítulo anterior, discutimos sobre tosquiadeiras. Agora, vamos discutir sobre outro tipo de circuitos de formação de onda, nomeadamente grampos.
Pinças baseadas em amp op
UMA clamperé um circuito eletrônico que produz uma saída, que é semelhante à entrada, mas com uma mudança no nível DC. Em outras palavras, a saída de um clamper é uma réplica exata da entrada. Conseqüentemente, a amplitude de pico a pico da saída de um grampo será sempre igual à da entrada.
Os clampers são usados para introduzir ou restaurar o nível DC do sinal de entrada na saída. temtwo types de clampers baseados em op-amp com base no deslocamento DC da entrada.
- Pinça Positiva
- Grampo Negativo
Esta seção discute sobre esses dois tipos de grampos em detalhes.
Pinça Positiva
Um clamper positivo é um circuito de clamper que produz uma saída de tal forma que o sinal de entrada é deslocado verticalmente por um valor DC positivo.
o circuit diagram de um grampo positivo é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, um sinusoidal voltage signal, $V_{i}$ é aplicado ao terminal inversor do op-amp através de uma rede que consiste em um capacitor $C_{1}$ e um resistor $R_{1}$. Isso significa que o sinal de tensão CA é aplicado ao terminal inversor do amplificador operacional.
o DC reference voltage $V_{ref}$ é aplicado ao terminal não inversor do amplificador operacional. O valor da tensão de referência$V_{ref}$ pode ser escolhido variando o resistor $R_{2}$. Neste caso, obteremos uma tensão de referência$V_{ref}$ de um valor positivo.
O circuito acima produz um output, qual is the combination (resultant sum) do sinal de tensão senoidal $V_{i}$ e a tensão de referência $V_{ref}$. Isso significa que o circuito clamper produz uma saída de tal forma que o sinal de tensão senoidal$V_{i}$ é deslocado verticalmente para cima pelo valor da tensão de referência $V_{ref}$.
A forma de onda de entrada e a forma de onda de saída correspondente do clamper positivo são mostradas na figura acima -
Na figura acima, você pode observar que o clamper positivo muda a forma de onda de entrada aplicada vertically upwardna saída. A quantidade de deslocamento dependerá do valor da tensão de referência CC.
Grampo Negativo
UMA negative clamper é um circuito clamper que produz uma saída de tal forma que o sinal de entrada é deslocado verticalmente por um valor DC negativo.
o circuit diagram de grampo negativo é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, um sinusoidal voltage signal $V_{i}$ é aplicado ao terminal inversor do op-amp por meio de uma rede que consiste de um condensador C 1 e resistência$R_{1}$. Isso significa que o sinal de tensão CA é aplicado ao terminal inversor do amplificador operacional.
o DC reference voltage $V_{ref}$ é aplicado ao terminal não inversor do amplificador operacional. O valor da tensão de referência $V_{ref}$ pode ser escolhido variando o resistor $R_{2}$. Neste caso, obteremos a tensão de referência$V_{ref}$ de um valor negativo.
O circuito acima produz uma saída, que é a combinação (soma resultante) do sinal de tensão senoidal $V_{i}$ e tensão de referência $V_{ref}$. Isso significa que o circuito clamper produz uma saída de tal forma que o sinal de tensão senoidal$V_{i}$ é deslocado verticalmente para baixo pelo valor da tensão de referência $V_{ref}$.
A forma de onda de entrada e a forma de onda de saída correspondente de um clamper negativo são mostradas na figura a seguir -
Podemos observar a partir da saída que o grampo negativo muda a forma de onda de entrada aplicada vertically downwardna saída. A quantidade de deslocamento dependerá do valor da tensão de referência CC.
Filterssão circuitos eletrônicos que permitem determinados componentes de frequência e / ou rejeitam alguns outros. Você pode ter encontrado filtros no tutorial de teoria de rede. Eles são passivos e são os circuitos elétricos ou redes que consistem em elementos passivos como resistor, capacitor e (ou) um indutor.
Este capítulo discute sobre active filters em detalhe.
Tipos de filtros ativos
Filtros ativos são os circuitos eletrônicos, que consistem em elementos ativos, como amplificadores operacionais, juntamente com elementos passivos, como resistores e capacitores.
Os filtros ativos são classificados principalmente nos seguintes four types com base na banda de frequências que estão permitindo e / ou rejeitando -
- Filtro passa-baixo ativo
- Filtro passa-altas ativo
- Filtro Passa-Banda Ativo
- Filtro de parada de banda ativa
Filtro passa-baixo ativo
Se um filtro ativo permite (passa) apenas low frequency componentes e rejeita (bloqueia) todos os outros componentes de alta frequência, então é chamado de active low pass filter.
o circuit diagram de um filtro passa-baixo ativo é mostrado na figura a seguir -
Sabemos que a rede elétrica, que está conectada ao terminal não inversor de um amplificador operacional, é um passive low pass filter. Portanto, a entrada de um terminal não inversor de um opamp é a saída de um filtro passa-baixo passivo.
Observe que o circuito acima se assemelha a um non-inverting amplifier. Ele tem a saída de um filtro passa-baixo passivo como uma entrada para o terminal não inversor do amplificador operacional. Portanto, ele produz uma saída, que é$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ vezes a entrada presente no terminal não inversor.
Podemos escolher os valores de $R_{f}$ e $R_{1}$ adequadamente, a fim de obter o desired gainna saída. Suponha que, se considerarmos os valores de resistência de$R_{f}$ e $R_{1}$ como zero ohms e infinito ohms, então o circuito acima irá produzir um unity gain saída do filtro passa-baixa.
Filtro passa-altas ativo
Se um filtro ativo permite (passa) apenas high frequency componentes e rejeita (bloqueia) todos os outros componentes de baixa frequência, então é chamado de active high pass filter.
o circuit diagram de um filtro passa-alto ativo é mostrado na figura a seguir -
Sabemos que a rede elétrica, que está conectada ao terminal não inversor de um amplificador operacional, é um passive high pass filter. Portanto, a entrada de um terminal não inversor de opamp é a saída do filtro passa-alto passivo.
Agora, o circuito acima se assemelha a um non-inverting amplifier. Ele está tendo a saída de um filtro passa-altas passivo como uma entrada para o terminal não inversor do amplificador operacional. Portanto, ele produz uma saída, que é$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ vezes a entrada presente em seu terminal não inversor.
Podemos escolher os valores de $R_f$ e $R_1$ adequadamente, a fim de obter o desired gainna saída. Suponha que, se considerarmos os valores de resistência de$R_{f}$ e $R_{1}$ como zero ohms e infinito ohms, então o circuito acima irá produzir um unity gain saída do filtro passa-alta.
Filtro Passa-Banda Ativo
Se um filtro ativo permite (passa) apenas uma banda de frequências, é chamado de active band pass filter. Em geral, essa banda de frequência fica entre a faixa de baixa frequência e a faixa de alta frequência. Portanto, o filtro passa-banda ativo rejeita (bloqueia) os componentes de baixa e alta frequência.
o circuit diagram de um filtro passa-banda ativo é mostrado na figura a seguir
Observe que existem two parts no diagrama de circuito do filtro passa-banda ativo: A primeira parte é um filtro passa-alta ativo, enquanto a segunda parte é um filtro passa-baixa ativo.
A saída do filtro passa-alto ativo é aplicada como uma entrada do filtro passa-baixo ativo. Isso significa que tanto o filtro passa-alto ativo quanto o filtro passa-baixo ativo são cascaded a fim de obter a saída de tal forma que contenha apenas uma determinada banda de frequências.
o active high pass filter, que está presente no primeiro estágio permite as frequências que são maiores que o lower cut-off frequencydo filtro passa-banda ativo. Então, temos que escolher os valores de$R_{B}$ e $C_{B}$ adequadamente, para obter o desejado lower cut-off frequency do filtro passa-banda ativo.
Da mesma forma, o active low pass filter, que está presente no segundo estágio, permite as frequências que são menores do que a frequência de corte mais alta do filtro passa-banda ativo. Então, temos que escolher os valores de$R_{A}$ e $C_{A}$ adequadamente, a fim de obter o desejado higher cut-off frequency do filtro passa-banda ativo.
Conseqüentemente, o circuito no diagrama discutido acima produzirá uma saída de filtro passa-banda ativa.
Filtro de parada de banda ativa
Se um filtro ativo rejeita (bloqueia) uma banda particular de frequências, então é chamado de active band stop filter. Em geral, essa banda de frequência fica entre a faixa de baixa frequência e a faixa de alta frequência. Portanto, o filtro de parada de banda ativa permite (passa) os componentes de baixa e alta frequência.
o block diagram de um filtro de parada de banda ativo é mostrado na figura a seguir -
Observe que o diagrama de blocos de um filtro de parada de banda ativo consiste em dois blocos em seu primeiro estágio: um filtro passa-baixo ativo e um filtro passa-alto ativo. As saídas desses dois blocos são aplicadas como entradas para o bloco que está presente no segundo estágio. Então osumming amplifier produz uma saída, que é a versão amplificada da soma das saídas do filtro passa-baixo ativo e do filtro passa-alto ativo.
Portanto, a saída do diagrama de blocos acima será o output of an active band stop , quando escolhemos a frequência de corte do filtro de passagem baixa para ser menor do que a frequência de corte de um filtro de passagem alta.
o circuit diagram de um filtro de parada de banda ativo é mostrado na figura a seguir -
Já vimos os diagramas de circuito de um filtro passa-baixo ativo, um filtro passa-alto ativo e um amplificador somador. Observe que temos o acimacircuit diagram de filtro de parada de banda ativa, substituindo os blocos com os respectivos diagramas de circuito no diagrama de blocos de um filtro de parada de banda ativo.
Um oscilador é um circuito eletrônico que produz um sinal periódico. Se o oscilador produz oscilações sinusoidais, é chamado desinusoidal oscillator. Ele converte a energia de entrada de uma fonte CC em uma energia de saída CA de um sinal periódico. Este sinal periódico terá uma frequência e amplitude específicas.
o block diagram de um oscilador sinusoidal é mostrado na figura a seguir -
A figura acima consiste principalmente em two blocks: um amplificador e uma rede de feedback. A rede de feedback pega uma parte da saída do amplificador como uma entrada para ele e produz um sinal de tensão. Este sinal de tensão é aplicado como uma entrada para o amplificador.
O diagrama de blocos de um oscilador sinusoidal mostrado acima produz oscilações sinusoidais, quando o seguinte two conditions estão satisfeitos -
o loop gain $A_{v}\beta$ do diagrama de blocos acima do oscilador sinusoidal deve ser maior ou igual a unity. Aqui,$A_{v}$ e $\beta$ são o ganho do amplificador e o ganho da rede de feedback, respectivamente.
O total phase shift em torno do loop do diagrama de blocos acima de um oscilador sinusoidal deve ser 00 ou 3600.
As duas condições acima juntas são chamadas de Barkhausen criteria.
Osciladores Op-Amp
tem two tipos de osciladores baseados em amp op.
- Oscilador de mudança de fase RC
- Oscilador ponte Wien
Esta seção discute cada um deles em detalhes.
Oscilador de mudança de fase RC
O oscilador baseado em op-amp, que produz um sinal de tensão sinusoidal na saída com a ajuda de um amplificador inversor e uma rede de feedback é conhecido como um RC phase shift oscillator. Esta rede de feedback consiste em três seções RC em cascata.
o circuit diagram de um oscilador de deslocamento de fase RC é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, o op-amp está operando em inverting mode. Portanto, ele fornece uma mudança de fase de 180 0 . A rede de feedback presente no circuito acima também fornece um deslocamento de fase de 180 0 , uma vez que cada seção RC fornece um deslocamento de fase de 60 0 . Portanto, o circuito acima fornece um deslocamento de fase total de 360 0 em alguma frequência.
o output frequency de um oscilador de deslocamento de fase RC é -
$$f=\frac{1}{2\Pi RC\sqrt[]{6}}$$
o gain $A_{v}$ de um amplificador inversor deve ser maior ou igual a -29,
$$i.e.,-\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$
$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$
$$=>R_{f}\geq29R_{1}$$
Portanto, devemos considerar o valor do resistor de feedback $R_{f}$, no mínimo 29 vezes o valor do resistor $R_{1}$, a fim de produzir oscilações sustentadas na saída de um oscilador de deslocamento de fase RC.
Oscilador de ponte de Wien
O oscilador baseado em op-amp, que produz um sinal de tensão sinusoidal na saída com a ajuda de um amplificador não inversor e uma rede de feedback é conhecido como Wien bridge oscillator.
o circuit diagram de um oscilador de ponte Wien é mostrado na figura a seguir -
No circuito mostrado acima para o oscilador de ponte Wein, o op-amp está operando em non inverting mode. Conseqüentemente, ele fornece uma mudança de fase de 00. Portanto, a rede de feedback presente no circuito acima não deve fornecer nenhuma mudança de fase.
Se a rede de feedback fornece alguma mudança de fase, então temos que balance the bridgede tal forma que não deve haver nenhuma mudança de fase. Portanto, o circuito acima fornece uma mudança de fase total de 0 0 em alguma frequência.
o output frequency do oscilador ponte de Wien é
$$f=\frac{1}{2\Pi RC}$$
o gain $A_{v}$ do amplificador não inversor deve ser maior ou igual a 3
$$i.e.,1+\frac{R_f}{R_1}\geq3$$
$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq2$$
$$=>R_{f}\geq2R_{1}$$
Portanto, devemos considerar o valor do resistor de feedback $R_{f}$ pelo menos duas vezes o valor do resistor, $R_{1}$ a fim de produzir oscilações sustentadas na saída do oscilador ponte de Wien.
UMA waveform generatoré um circuito eletrônico, que gera uma onda padrão. Existem dois tipos de geradores de forma de onda baseados em amp op -
- Gerador de onda quadrada
- Gerador de onda triangular
Este capítulo discute cada um desses geradores de forma de onda baseados em amp op em detalhes.
Square Wave Generator
UMA square wave generatoré um circuito eletrônico que gera onda quadrada. Esta seção discute sobre geradores de onda quadrada baseados em amp op.
o circuit diagram de um gerador de onda quadrada baseado em amp op é mostrado na figura a seguir
Observe que no diagrama de circuito mostrado acima, o resistor $R_{1}$é conectado entre o terminal de entrada inversor do op-amp e sua saída do op-amp. Então, o resistor$R_{1}$ é usado no negative feedback. Da mesma forma, o resistor$R_{2}$é conectado entre o terminal de entrada não inversor do amplificador operacional e sua saída. Então, o resistor$R_{2}$ é usado no positive feedback caminho.
Um capacitor C é conectado entre o terminal de entrada inversor do amplificador operacional e o aterramento. Então ovoltage across capacitor Cserá a tensão de entrada neste terminal inversor do op-amp. Da mesma forma, um resistor$R_{3}$está conectado entre o terminal de entrada não inversor do amplificador operacional e o aterramento. Então ovoltage across resistor $R_{3}$ será a tensão de entrada neste terminal não inversor do op-amp.
o operation de um gerador de onda quadrada é explicado abaixo -
Suponha que existe no chargearmazenado no capacitor inicialmente. Então, a tensão presente no terminal de inversão do op-amp é zero volts. Mas, há alguma tensão de deslocamento no terminal não inversor do amplificador operacional. Devido a isso, o valor presente na saída do circuito acima será$+V_{sat}$.
Agora, o capacitor C começa charging através de um resistor $R_{1}$. O valor presente na saída do circuito acima mudará para$-V_{sat}$, quando a tensão no capacitor C atinge um pouco maior do que a tensão (valor positivo) no resistor $R_{3}$.
O capacitor C começa discharging através de um resistor $R_{1}$, quando a saída do circuito acima é $-V_{sat}$. O valor presente na saída do circuito acima mudará para$+V_{sat}$, quando a tensão no capacitor C atinge apenas menos do que (mais negativa) a tensão (valor negativo) no resistor $R_{3}$.
Assim, o circuito mostrado no diagrama acima produzirá um square wave na saída, conforme mostrado na figura a seguir -
A partir da figura acima, podemos observar que a saída do gerador de onda quadrada terá um dos dois valores: $+V_{sat}$ e $-V_{sat}$. Portanto, a saída permanece em um valor por algum tempo e depois faz a transição para outro valor e permanece lá por algum tempo. Desta forma, continua.
Gerador de onda triangular
Um gerador de onda triangular é um circuito eletrônico que gera uma onda triangular. oblock diagram de um gerador de onda triangular é mostrado na figura a seguir -
O diagrama de blocos de um gerador de ondas triangulares contém principalmente dois blocos: um gerador de ondas quadradas e um integrador. Esses dois blocos sãocascaded. Isso significa que a saída do gerador de onda quadrada é aplicada como uma entrada do integrador. Observe que a integração de uma onda quadrada nada mais é do que uma onda triangular.
o circuit diagram de um gerador de onda triangular baseado em amp op é mostrado na figura a seguir -
Já vimos os diagramas de circuito de um gerador de onda quadrada e um integrador. Observe que temos o acimacircuit diagram de um gerador de onda triangular baseado em amp op, substituindo os blocos com os respectivos diagramas de circuito no diagrama de bloco de um gerador de onda triangular.
o 555 Timer IC tem o nome de três $5K\Omega$resistores que são usados em sua rede divisora de tensão. Este IC é útil para gerar oscilações e atrasos de tempo precisos. Este capítulo explica sobre o 555 Timer em detalhes.
Diagrama de Pinos e Diagrama Funcional
Nesta seção, primeiro vamos discutir sobre o diagrama de pinos do 555 Timer IC e, em seguida, seu diagrama funcional.
Diagrama de Pin
O 555 Timer IC é um mini Dual-Inline Package (DIP) de 8 pinos. opin diagram de um 555 Timer IC é mostrado na figura a seguir -
O significado de cada pino é autoexplicativo no diagrama acima. Este 555 Timer IC pode ser operado com uma alimentação DC de + 5V a + 18V. É principalmente útil para gerarnon-sinusoidal formas de onda como quadrado, rampa, pulso e etc
Diagrama Funcional
A representação pictórica que mostra os detalhes internos de um temporizador 555 é conhecida como diagrama funcional.
o functional diagram de 555 Timer IC é mostrado na figura a seguir -
Observe que o diagrama funcional do 555 Timer contém uma rede divisora de tensão, dois comparadores, um flip-flop SR, dois transistores e um inversor. Esta seção discute sobre a finalidade de cada bloco ou componente em detalhes -
Rede Divisora de Tensão
A rede divisora de tensão consiste em três $5K\Omega$ resistores que são conectados em série entre a tensão de alimentação $V_{cc}$ e aterramento.
Esta rede fornece uma tensão de $\frac{V_{cc} }{3}$ entre um ponto e o solo, se houver apenas um $5K\Omega$resistor. Da mesma forma, ele fornece uma tensão de$\frac{2V_{cc} }{3}$ entre um ponto e o solo, se houver apenas dois $5K\Omega$ resistores.
Comparador
O diagrama funcional de um 555 Timer IC consiste em dois comparadores: um Comparador Superior (UC) e um Comparador Inferior (LC).
Lembre-se de que um comparator compara as duas entradas que são aplicadas a ele e produz uma saída.
Se a tensão presente no terminal não inversor de um amplificador operacional for maior do que a tensão presente em seu terminal inversor, a saída do comparador será $+V_{sat}$. Isso pode ser considerado comoLogic High ('1') em representação digital.
Se a tensão presente no terminal não inversor do op-amp for menor ou igual à tensão em seu terminal inversor, a saída do comparador será $-V_{sat}$. Isso pode ser considerado comoLogic Low ('0') em representação digital.
SR Flip-Flop
Lembre-se de que um SR flip-flopopera com transições de clock positivas ou negativas. Possui duas entradas: S e R, e duas saídas: Q (t) e Q (t) '. As saídas, Q (t) e Q (t) 'são complementares entre si.
A tabela a seguir mostra o state table de um flip-flop SR
S | R | Q (t + 1) |
---|---|---|
0 | 0 | Q (t) |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | - |
Aqui, Q (t) e Q (t + 1) são o estado presente e o próximo estado, respectivamente. Portanto, SR flip-flop pode ser usado para uma dessas três funções, como Hold, Reset e Set com base nas condições de entrada, quando a transição positiva (negativa) do sinal de clock é aplicada.
As saídas do Comparador Inferior (LC) e Comparador Superior (UC) são aplicadas como inputs of SR flip-flop como mostrado no diagrama funcional de 555 Timer IC.
Transistores e Inversor
O diagrama funcional de um 555 Timer IC consiste em um transistor npn $Q_{1}$ e um transistor pnp $Q_{2}$. O transistor npn$Q_{1}$será LIGADO se sua base para a voltagem do emissor for positiva e maior que a voltagem de ativação. Caso contrário, ele será DESLIGADO.
O transistor pnp $Q_{2}$ é usado como buffer a fim de isolar a entrada de reset do SR flip-flop e transistor npn $Q_{1}$.
o inverter usado no diagrama funcional de um 555 Timer IC não apenas executa a ação de inversão, mas também amplifica o nível de potência.
O 555 Timer IC pode ser usado em operação mono estável para produzir um pulso na saída. Da mesma forma, pode ser usado em operação astável para produzir uma onda quadrada na saída.
Loop de bloqueio de fase (PLL)é um dos blocos vitais em sistemas lineares. É útil em sistemas de comunicação como radares, satélites, FMs, etc.
Este capítulo discute sobre o diagrama de blocos de PLL e IC 565 em detalhes.
Diagrama de Bloco de PLL
Um Loop Bloqueado por Fase (PLL) consiste principalmente no seguinte three blocks -
- Detector de Fase
- Filtro passa-baixo ativo
- Oscilador de tensão controlada (VCO)
o block diagram de PLL é mostrado na figura a seguir -
A saída de um detector de fase é aplicada como uma entrada do filtro passa-baixo ativo. Da mesma forma, a saída do filtro passa-baixo ativo é aplicada como uma entrada de VCO.
o working de um PLL é o seguinte -
Phase detector produz uma tensão DC, que é proporcional à diferença de fase entre o sinal de entrada com frequência de $f_{in}$ e sinal de feedback (saída) com frequência de $f_{out}$.
UMA Phase detector é um multiplicador e produz dois componentes de frequência em sua saída - soma das frequências $f_{in}$ e $f_{out}$ e diferença de frequências $f_{in}$ E $f_{out}$.
A active low pass filterproduz uma tensão DC em sua saída, após eliminar o componente de alta frequência presente na saída do detector de fase. Também amplifica o sinal.
UMA VCOproduz um sinal com uma certa frequência, quando nenhuma entrada é aplicada a ele. Esta frequência pode ser mudada para qualquer um dos lados aplicando uma tensão DC a ela. Portanto, o desvio de frequência é diretamente proporcional à tensão CC presente na saída de um filtro passa-baixa.
As operações acima ocorrem até que a frequência do VCO seja igual à frequência do sinal de entrada. Com base no tipo de aplicação, podemos usar a saída do filtro passa-baixo ativo ou a saída de um VCO. PLLs são usados em muitosapplications como demodulador FM, gerador de relógio, etc.
PLL opera em um dos following three modes -
- Modo de corrida livre
- Modo de captura
- Modo de bloqueio
Inicialmente, PLL opera em free running modequando nenhuma entrada é aplicada a ele. Quando um sinal de entrada com alguma frequência é aplicado ao PLL, a frequência do sinal de saída do VCO começa a mudar. Nesta fase, o PLL está operando nocapture mode. A frequência do sinal de saída do VCO mudará continuamente até que seja igual à frequência do sinal de entrada. Agora, é dito que o PLL está operando nolock mode.
IC 565
IC 565 é o circuito integrado de bloqueio de fase mais comumente usado. É um pacote Dual-Inline (DIP) de 14 pinos. opin diagram de IC 565 é mostrado na figura a seguir -
A finalidade de cada pino é autoexplicativa no diagrama acima. Dos 14 pinos, apenas 10 pinos (pino número 1 a 10) são utilizados para a operação do PLL. Portanto, os 4 pinos restantes (pino número 11 a 14) são rotulados com NC (sem conexão).
o VCOproduz uma saída no pino número 4 do IC 565, quando os pinos 2 e 3 são aterrados. Matematicamente, podemos escrever a frequência de saída,$f_{out}$ do VCO como.
$$f_{out}=\frac{0.25}{R_VC_V}$$
Onde,
$R_{V}$ é o resistor externo que está conectado ao pino número 8
$C_{V}$ é o capacitor externo que está conectado ao pino número 9
Ao escolher os valores adequados de $R_{V}$ e $C_{V}$, podemos corrigir (determinar) a frequência de saída, $f_{out}$ de VCO.
Pin numbers 4 and 5devem ser encurtados com um fio externo para que a saída do VCO possa ser aplicada como uma das entradas do detector de fase.
IC 565 tem uma resistência interna de $3.6K\Omega$. Um capacitor C deve ser conectado entre os pinos 7 e 10 para fazer umlow pass filter com essa resistência interna.
Observe que, de acordo com o requisito, temos que configurar corretamente os pinos do IC 565.
A função de um voltage regulatoré manter uma tensão contínua constante na saída, independentemente das flutuações de tensão na entrada e (ou) variações na corrente de carga. Em outras palavras, o regulador de tensão produz uma tensão de saída CC regulada.
Os reguladores de tensão também estão disponíveis em formatos de circuitos integrados (IC). Estes são chamados devoltage regulator ICs.
Tipos de reguladores de tensão
tem two types de reguladores de tensão -
- Regulador de tensão fixa
- Regulador de tensão ajustável
Este capítulo discute sobre esses dois tipos de reguladores de tensão, um por um.
Regulador de tensão fixa
UMA fixed voltage regulatorproduz uma tensão de saída DC fixa, que é positiva ou negativa. Em outras palavras, alguns reguladores de tensão fixa produzem valores de tensão CC fixos positivos, enquanto outros produzem valores de tensão CC fixos negativos.
78xx Os CIs reguladores de tensão produzem valores de tensão CC fixos positivos, enquanto os CIs reguladores de tensão 79xx produzem valores de tensão CC fixos negativos.
Os seguintes pontos devem ser observados ao trabalhar com 78xx e 79xx CIs reguladores de tensão -
“Xx” corresponde a um número de dois dígitos e representa a quantidade (magnitude) de tensão que o regulador de tensão IC produz.
Ambos os CIs reguladores de tensão 78xx e 79xx têm 3 pins cada um e o terceiro pino é usado para coletar a saída deles.
A finalidade do primeiro e do segundo pinos desses dois tipos de ICs é diferente -
O primeiro e o segundo pinos de 78xx CIs reguladores de tensão são usados para conectar a entrada e o aterramento, respectivamente.
O primeiro e o segundo pinos de 79xx CIs reguladores de tensão são usados para conectar o aterramento e a entrada, respectivamente.
Exemplos
- O IC regulador de tensão 7805 produz uma tensão DC de +5 volts.
- O IC regulador de tensão 7905 produz uma tensão CC de -5 volts.
A figura a seguir mostra como produzir um fixed positive voltage na saída usando um regulador de tensão positivo fixo com as conexões necessárias.
Na figura acima que mostra um regulador de tensão positiva fixa, o capacitor de entrada C i é usado para evitar oscilações indesejadas e o capacitor de saída, C 0 atua como um filtro de linha para melhorar a resposta transiente.
Note - e pegue um fixed negative voltage na saída usando um regulador de tensão negativa fixo com conexões adequadas.
Regulador de tensão ajustável
Um regulador de tensão ajustável produz uma tensão de saída DC, que pode ser ajustada para qualquer outro valor de certa faixa de tensão. Portanto, o regulador de tensão ajustável também é chamado devariable voltage regulator.
O valor da tensão de saída DC de um regulador de tensão ajustável pode ser positivo ou negativo.
LM317 regulador de tensão IC
LM317 O regulador de tensão IC pode ser usado para produzir um valor de tensão CC fixo positivo desejado da faixa de tensão disponível.
O IC regulador de tensão LM317 tem 3 pinos. O primeiro pino é usado para ajustar a tensão de saída, o segundo pino é usado para coletar a saída e o terceiro pino é usado para conectar a entrada.
O pino ajustável (terminal) é fornecido com um resistor variável que permite que a saída varie entre uma ampla faixa.
A figura acima mostra uma fonte de alimentação não regulamentada acionando um IC regulador de tensão LM 317, que é comumente usado. Este IC pode fornecer uma corrente de carga de 1,5 A em uma faixa de saída ajustável de 1,25 V a 37 V.
Todas as quantidades do mundo real são analógicas por natureza. Podemos representar essas grandezas eletricamente como sinais analógicos. Aanalog signal é um sinal de variação no tempo que possui qualquer número de valores (variações) para um determinado intervalo de tempo.
Em contraste com isso, um digital signal varia repentinamente de um nível para outro e terá apenas um número finito de valores (variações) para um determinado intervalo de tempo.
Este capítulo discute sobre os tipos de conversores de dados e suas especificações.
Tipos de conversores de dados
Os circuitos eletrônicos, que podem ser operados com sinais analógicos, são chamados de circuitos analógicos. Da mesma forma, os circuitos eletrônicos, que podem ser operados com sinais digitais, são chamados de circuitos digitais. Um conversor de dados é um circuito eletrônico que converte dados de uma forma em outra.
São dois types of data converters -
- Conversor analógico para digital
- Conversor Digital para Analógico
Se quisermos conectar a saída de um circuito analógico como uma entrada de um circuito digital, temos que colocar um circuito de interface entre eles. Este circuito de interface que converte o sinal analógico em sinal digital é chamado deAnalog to Digital Converter.
Da mesma forma, se quisermos conectar a saída de um circuito digital como uma entrada de um circuito analógico, temos que colocar um circuito de interface entre eles. Este circuito de interface que converte o sinal digital em um sinal analógico é chamado deDigital to Analog Converter.
Observe que alguns conversores analógico para digital podem exigir o conversor digital para analógico como um bloco interno para sua operação.
Especificações
A seguir estão os specifications que estão relacionados a conversões de dados -
- Resolution
- Tempo de conversão
Resolução
Resolução é o minimum amount of changenecessária em uma tensão de entrada analógica para que seja representada na saída binária (digital). Depende do número de bits que são usados na saída digital.
Mathematically, a resolução pode ser representada como
$$Resolution=\frac{1}{2^{N}}$$
onde, 'N' é o número de bits que estão presentes na saída digital.
A partir da fórmula acima, podemos observar que existe um inverse relationshipentre a resolução e o número de bits. Portanto, a resolução diminui à medida que o número de bits aumenta e vice-versa.
Resolution também pode ser definida como a razão da tensão de entrada analógica máxima que pode ser representada em binário e o número binário equivalente.
Mathematically, a resolução pode ser representada como
$$Resolution=\frac{V_{FS}}{2^{N}-1}$$
Onde,
$V_{FS}$ é a tensão de entrada de escala completa ou tensão de entrada analógica máxima,
'N' é o número de bits que estão presentes na saída digital.
Tempo de conversão
A quantidade de tempo necessária para que um conversor de dados converta os dados (informações) de uma forma em seus dados equivalentes em outra forma é chamada de conversion time. Uma vez que temos dois tipos de conversores de dados, existem dois tipos de tempos de conversão, como segue
- Tempo de conversão analógico para digital
- Tempo de conversão digital para analógico
A quantidade de tempo necessária para que um conversor analógico para digital (ADC) converta a tensão de entrada analógica em sua saída binária (digital) equivalente é chamada de Analog to Digital conversion time. Depende do número de bits que são usados na saída digital.
A quantidade de tempo necessária para que um conversor digital para analógico (DAC) converta a entrada binária (digital) em sua tensão de saída analógica equivalente é chamada de Digital to Analog conversion time. Depende do número de bits que estão presentes na entrada binária (digital).
UMA Digital to Analog Converter (DAC)converte um sinal de entrada digital em um sinal de saída analógico. O sinal digital é representado por um código binário, que é uma combinação dos bits 0 e 1. Este capítulo trata dos Conversores Digital para Analógico em detalhes.
o block diagram do DAC é mostrado na figura a seguir -
Um conversor digital para analógico (DAC) consiste em várias entradas binárias e uma única saída. Em geral, onumber of binary inputs de um DAC será uma potência de dois.
Tipos de DACs
tem two types de DACs
- Resistor Ponderado DAC
- R-2R Ladder DAC
Esta seção discute sobre esses dois tipos de DACs em detalhes -
Resistor Ponderado DAC
Um resistor ponderado DAC produz uma saída analógica, que é quase igual à entrada digital (binária) usando binary weighted resistorsno circuito somador inversor. Resumindo, um resistor ponderado binário DAC é chamado de resistor ponderado DAC.
o circuit diagram de um resistor de peso binário de 3 bits DAC é mostrado na figura a seguir -
Lembre-se de que os bits de um número binário podem ter apenas um dos dois valores. ou seja, 0 ou 1. Deixe o3-bit binary input é $b_{2}b_{1}b_{0}$. Aqui, os bits$b_{2}$ e $b_{0}$ denotar o Most Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) respectivamente.
o digital switchesmostrado na figura acima será conectado ao terra, quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '0'. Da mesma forma, as chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas à tensão de referência negativa,$-V_{R}$ quando os bits de entrada correspondentes são iguais a '1'.
No circuito acima, o terminal de entrada não inversor de um amplificador operacional é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado ao terminal de entrada não inversor do amplificador operacional.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversora do opamp é a mesma que a tensão presente em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no nó do terminal de entrada inversora será zero volts.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora está:
$$\frac{0+V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{0+V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{0+V_{R}b_{0}}{2^{2}R}+\frac{0-V_{0}}{R_{f}}=0$$
$$=>\frac{V_{0}}{R_{f}}=\frac{V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{V_{R}b_{0}}{2^{2}R}$$
$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{R}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$
Substituindo, $R=2R_{f}$ na equação acima.
$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{2R_{f}}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$
$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$
A equação acima representa o output voltage equationde um resistor ponderado binário de 3 bits DAC. Uma vez que o número de bits é três na entrada binária (digital), obteremos sete valores possíveis de tensão de saída variando a entrada binária de 000 a 111 para uma tensão de referência fixa,$V_{R}$.
Podemos escrever o generalized output voltage equation de um resistor de peso binário N-bit DAC como mostrado abaixo com base na equação de tensão de saída de um resistor de peso binário de 3 bits DAC.
$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{ \frac{b_{N-1}}{2^{0}}+ \frac{b_{N-2}}{2^{1}}+....+\frac{b_{0}}{2^{N-1}} \right \}$$
o disadvantages de um resistor binário ponderado DAC são os seguintes -
A diferença entre os valores de resistência correspondentes a LSB e MSB aumentará conforme o número de bits presentes na entrada digital aumenta.
É difícil projetar resistores mais precisos conforme aumenta o número de bits presentes na entrada digital.
R-2R Ladder DAC
O R-2R Ladder DAC supera as desvantagens de um resistor binário ponderado DAC. Como o nome sugere, R-2R Ladder DAC produz uma saída analógica, que é quase igual à entrada digital (binária) usando umR-2R ladder network no circuito somador inversor.
ocircuit diagramde um R-2R Ladder DAC de 3 bits é mostrado na figura a seguir -
Lembre-se de que os bits de um número binário podem ter apenas um dos dois valores. ou seja, 0 ou 1. Deixe o3-bit binary input é $b_{2}b_{1}b_{0}$. Aqui, os bits$b_{2}$ e $b_{0}$ denotam o bit mais significativo (MSB) e o bit menos significativo (LSB), respectivamente.
As chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas ao terra, quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '0'. Da mesma forma, as chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas à tensão de referência negativa,$-V_{R}$ quando os bits de entrada correspondentes são iguais a '1'.
É difícil obter a equação da tensão de saída generalizada de um R-2R Ladder DAC. Porém, podemos encontrar facilmente os valores de tensão de saída analógica do R-2R Ladder DAC para combinações de entrada binárias individuais.
o advantages de um R-2R Ladder DAC são os seguintes -
R-2R Ladder DAC contém apenas dois valores de resistor: R e 2R. Portanto, é fácil selecionar e projetar resistores mais precisos.
Se houver mais bits na entrada digital, devemos incluir o número necessário de seções R-2R adicionalmente.
Devido às vantagens acima, o R-2R Ladder DAC é preferível ao resistor binário ponderado DAC.
No capítulo anterior, discutimos os dois tipos de DACs. Este capítulo discute um problema de exemplo com base no R-2R ladder DAC.
Exemplo
Vamos encontrar o valor da tensão de saída analógica de R-2R Ladder DAC para uma entrada binária, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.
Diagrama de circuito e sua simplificação
o circuit diagram de um R-2R Ladder DAC de 3 bits quando entrada binária, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100 aplicado a ele é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, existem combinações em série e paralelas de resistores à esquerda de point Acom respeito ao solo. Assim, podemos substituir toda a rede de resistores por um único resistor com resistência de$2R\Omega$.
o simplified circuit diagram é mostrado na figura a seguir -
Podemos substituir a parte da rede que está conectada à esquerda do ponto B em relação ao aterramento usando um circuito equivalente de Thevenin. omodified circuit diagram é mostrado na figura a seguir -
No circuito acima, existe uma combinação em série de dois resistores. Substitua esta combinação por um único resistor. O finalcircuit diagram após a simplificação é mostrada na figura a seguir -
Agora, o diagrama de circuito acima se parece com um inverting amplifier. Está tendo uma tensão de entrada de$-\frac{V_{R}}{2}$ volts, resistência de entrada de $2R\Omega$ e resistência de feedback de $2R\Omega$.
o output voltage do circuito mostrado acima será -
$$V_{0}=-\frac{2R}{2R}\left(-\frac{V_{R}}{2}\right)$$
$$V_{0}=\frac{V_{R}}{2}$$
Portanto, o output voltage de R-2R Ladder DAC de 3 bits é $\frac{V_{R}}{2}$ volts para uma entrada binária, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.
Um conversor analógico para digital (ADC)converte um sinal analógico em um sinal digital. O sinal digital é representado por um código binário, que é uma combinação dos bits 0 e 1.
o block diagram de um ADC é mostrado na figura a seguir -
Observe que na figura mostrada acima, um conversor analógico para digital (ADC)consiste em uma única entrada analógica e muitas saídas binárias. Em geral, o número de saídas binárias do ADC será uma potência de dois.
tem two typesde ADCs: ADCs de tipo direto e ADC de tipo indireto. Este capítulo discute sobre os ADCs do tipo direto em detalhes.
Se o ADC realiza a conversão analógica para digital diretamente, utilizando o código digital (binário) equivalente gerado internamente para comparar com a entrada analógica, então é chamado de Direct type ADC.
A seguir estão os examples de ADCs do tipo direto -
- Contador tipo ADC
- ADC de aproximação sucessiva
- Flash tipo ADC
Esta seção discute sobre esses ADCs do tipo direto em detalhes.
Contador tipo ADC
UMA counter type ADC produz uma saída digital, que é aproximadamente igual à entrada analógica usando a operação do contador internamente.
o block diagram de um tipo de contador ADC é mostrado na figura a seguir -
O tipo de contador ADC consiste principalmente em 5 blocos: gerador de sinal de relógio, contador, DAC, comparador e lógica de controle.
o working de um tipo de contador ADC é o seguinte -
o control logic zera o contador e habilita o gerador do sinal do relógio para enviar os pulsos do relógio para o contador, ao receber o sinal de comando de partida.
o counteré incrementado em um para cada pulso de clock e seu valor estará no formato binário (digital). Esta saída do contador é aplicada como uma entrada do DAC.
DACconverte a entrada binária (digital) recebida, que é a saída do contador, em uma saída analógica. O comparador compara este valor analógico,$V_{a}$ com o valor de entrada analógica externa $V_{i}$.
o output of comparator será ‘1’contanto que seja maior que. As operações mencionadas nas duas etapas anteriores continuarão enquanto a lógica de controle receber '1' da saída do comparador.
o output of comparator será ‘0’ quando $V_{i}$ é menor ou igual a $V_{a}$. Portanto, a lógica de controle recebe '0' da saída do comparador. Então, a lógica de controle desabilita o gerador de sinal de clock para que ele não envie nenhum pulso de clock para o contador.
Neste instante, a saída do contador será exibida como o digital output. É quase equivalente ao valor de entrada analógica externa correspondente$V_{i}$.
ADC de aproximação sucessiva
UMA successive approximation type ADC produz uma saída digital, que é aproximadamente igual à entrada analógica usando a técnica de aproximação sucessiva internamente.
o block diagram de uma aproximação sucessiva ADC é mostrado na figura a seguir
O ADC de aproximação sucessiva consiste principalmente em 5 blocos - gerador de sinal de relógio, Registro de aproximação sucessiva (SAR), DAC, comparador e lógica de controle.
o working de uma aproximação sucessiva ADC é a seguinte -
o control logic zera todos os bits do SAR e habilita o gerador do sinal do relógio para enviar os pulsos do relógio para o SAR, ao receber o sinal de comando de partida.
Os dados binários (digitais) presentes em SARserá atualizado para cada pulso de clock com base na saída do comparador. A saída de SAR é aplicada como uma entrada de DAC.
DAC converte a entrada digital recebida, que é a saída de SAR, em uma saída analógica. O comparador compara este valor analógico$V_{a}$ com o valor de entrada analógica externa $V_{i}$.
o output of a comparator será '1' enquanto $V_{i}$ é melhor que $V_{a}$. Da mesma forma, a saída do comparador será '0', quando$V_{i}$ é menor ou igual a $V_{a}$.
As operações mencionadas nas etapas acima continuarão até que a saída digital seja válida.
A saída digital será válida, quando for quase equivalente ao valor da entrada analógica externa correspondente $V_{i}$.
Flash tipo ADC
UMA flash type ADCproduz uma saída digital equivalente para uma entrada analógica correspondente em nenhum momento. Portanto, o ADC do tipo flash é o ADC mais rápido.
o circuit diagram de um ADC tipo flash de 3 bits é mostrado na figura a seguir -
O ADC do tipo flash de 3 bits consiste em uma rede divisora de tensão, 7 comparadores e um codificador de prioridade.
o working de um ADC do tipo flash de 3 bits é o seguinte.
o voltage divider networkcontém 8 resistores iguais. Uma tensão de referência$V_{R}$é aplicado em toda a rede em relação ao solo. A queda de tensão em cada resistor de baixo para cima em relação ao aterramento será os múltiplos inteiros (de 1 a 8) de$\frac{V_{R}}{8}$.
O externo input voltage $V_{i}$é aplicado ao terminal não inversor de todos os comparadores. A queda de tensão em cada resistor de baixo para cima em relação ao aterramento é aplicada ao terminal inversor dos comparadores de baixo para cima.
Ao mesmo tempo, todos os comparadores comparam a tensão de entrada externa com as quedas de tensão presentes no respectivo outro terminal de entrada. Isso significa que as operações de comparação ocorrem por cada comparadorparallelly.
o output of the comparator será '1' enquanto $V_{i}$é maior do que a queda de tensão presente no respectivo outro terminal de entrada. Da mesma forma, a saída do comparador será '0', quando,$V_{i}$ é menor ou igual à queda de tensão presente no respectivo outro terminal de entrada.
Todas as saídas de comparadores são conectadas como as entradas de priority encoder.Este codificador de prioridade produz um código binário (saída digital), que corresponde à entrada de alta prioridade que possui '1'.
Portanto, a saída do codificador de prioridade nada mais é do que o equivalente binário (digital output) da tensão de entrada analógica externa, $V_{i}$.
O tipo de flash ADC é usado em aplicações onde a velocidade de conversão de entrada analógica em dados digitais deve ser muito alta.
No capítulo anterior, discutimos sobre o que é um ADC e os exemplos de um ADC do tipo direto. Este capítulo discute sobre o tipo indireto ADC.
Se um ADC realiza a conversão de analógico para digital por um método indireto, é chamado de Indirect type ADC. Em geral, primeiro ele converte a entrada analógica em uma função linear de tempo (ou frequência) e depois produz a saída digital (binária).
ADC de inclinação dupla é o melhor examplede um ADC do tipo indireto. Este capítulo discute sobre isso em detalhes.
ADC de inclinação dupla
Como o nome sugere, um dual slope ADC produz uma saída digital equivalente para uma entrada analógica correspondente usando a técnica de duas inclinações (dupla).
o block diagram de um ADC de inclinação dupla é mostrado na figura a seguir -
O ADC de inclinação dupla consiste principalmente em 5 blocos: Integrador, Comparador, Gerador de sinal de relógio, Lógica de controle e Contador.
o working de um ADC de inclinação dupla é o seguinte -
o control logic zera o contador e habilita o gerador do sinal do relógio para enviar os pulsos do relógio para o contador, quando for recebido o sinal de comando de partida.
Lógica de controle empurra o interruptor sw para se conectar ao external analog input voltage $V_{i}$, quando é recebido o sinal de comando de partida. Esta tensão de entrada é aplicada a um integrador.
A saída do integrator é conectado a uma das duas entradas do comparador e a outra entrada do comparador é conectada ao aterramento.
Comparator compara a saída do integrador com zero volts (terra) e produz uma saída, que é aplicada à lógica de controle.
o counteré incrementado em um para cada pulso de clock e seu valor estará no formato binário (digital). Produz um sinal de estouro para a lógica de controle, quando é incrementado após atingir o valor máximo de contagem. Neste instante, todos os bits do contador terão apenas zeros.
Agora, a lógica de controle empurra o interruptor sw para se conectar ao negative reference Voltagem $-V_{ref}$. Esta tensão de referência negativa é aplicada a um integrador. Ele remove a carga armazenada no capacitor até que se torne zero.
Neste instante, ambas as entradas de um comparador estão tendo zero volts. Assim, o comparador envia um sinal para a lógica de controle. Agora, a lógica de controle desabilita o gerador de sinal de clock e retém (mantém) o valor do contador. ocounter value é proporcional à tensão de entrada analógica externa.
Neste instante, a saída do contador será exibida como o digital output. É quase equivalente ao valor de entrada analógica externa correspondente$V_{i}$.
O ADC de inclinação dupla é usado nas aplicações, onde accuracy é mais importante ao converter a entrada analógica em seus dados digitais (binários) equivalentes.