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Amplificador Operacional
Aula 05: Amplificador Diferencial
Referencia
UTILIZANDO ELETRÔNICA COM AO, SCR, TRIAC,SCR,555  Albuquerque e Seabra


1. Amplificador diferencial  
   Ë  um  circuito derivado  do inversor  e do não inversor, a  figura 1 mostra o circuito básico.



Figura 1 -  Amplificador diferencial



1.1 Características
   A expressão da saída  é dada por:  
                                           
                                                             


obs:  se V1 = V2, modo comum, a saída será nula,  VS = 0.

O Ganho diferencial   (Ad) é dado, por:

                                                              


Se R2 = R1 = R então  a expressão da saída será  dada por:

                                                            


isto é,  a saída  é igual à  diferença das duas  tensões  de entrada e portanto se V1 = V2 (modo comum) a saída será nula.  
Obs:  A dedução das expressões acima pode ser feita pelo teorema  da superposição de efeitos.

Primeiro considere a entrada  V2 aterrada ( V2=0). Determine  a expressão da saída em função  de V1. Chame de Vs1. Em seguida considere V1=0, e determine a expressão   da saída em  função de V2. Chame  de Vs2. Para  obter a expressão  da saída em função de V1  e V2 basta somar Vs1 com Vs2. Tente fazer.


1.2.  Amplificador diferencial com   entradas bufferizadas (com buffers)
    Um grande inconveniente do amplificador diferencial da figura 1 é a resistência de entrada que é relativamente baixa e a necessidade de casar (tornar iguais) as duas resistências R1 e as duas resistencia R2. A solução para a o primeiro problema é colocar dois buffers em cada uma das entradas, figura 2.




Figura 2 - Amplificador diferencial com entradas bufferizadas


Como a tensão no ponto A é igual a V1 e a tensão no ponto B é igual a V2, então a tensão de saida, Vs é dada pela expressão:

                                                       

portanto a mesma expressão do circuito da Figura 1.
 
          Uma aplicação para o circuito da figura 2 é obter a informação de um sensor em uma ponte de Wheatstone sem que a ponte influencia o valor do ganho. Os dois buffers isolam o amplificador da ponte, desta forma as tensões podem ser calculadas como em um divisor de tensão em aberto.


 



Figura 3 -  Amplificador diferencial com entradas bufferizadas - exemplo


 
Na Figura 3 a tensão de entrada V1 vale:

                                                      
 
A tensão de entrada V2 vale:

                                                      

 
Como o ganho do amplificador diferencial vale 50 o valor da tensão na saída será igual a:

 
VS=50.(V2 – V1) = 50.(6,146 – 6)= 7,3 V

 
     Essa resistência (Rt) pode ser um sensor de temperatura cuja resistência varia com a temperatura. A cada valor de temperatura esta associado um valor de resistência e, portanto uma tensão. Um voltímetro analógico na saída pode ser calibrado para medir temperatura.

 
      O problema de ter-se resistências iguais é resolvido com resistências de precisão (<0,1%) e a questão de variar o ganho com uma única resistência variável é através de um circuito chamado amplificador operacional de instrumentação. É um CI dedicado usado especificamente para essa finalidade.



2.  Experiência:  Amplificador  diferencial  
2.1 Abra  o arquivo  expAO_18  Amplificador Diferencial,   identifique o circuito da figura 4. Para  cada valor das entradas (V1 e V2) da Tabela 1, calcule  o valor da  saída (Vs) e anote o valor na tabela 1.



Figura 4 - Amplificador Diferencial - entradas  CC

2.2. Inicie a  simulação e para cada uma das entradas da tabela 1 (selecione no circuito atraves das chaves A e B) meça a  tensão na saida, indique os valores na tabela 1.
Tabela 1: Amplificador diferencial  - valores medidos e calculados
V1(V)
2-22-2
V2(V)
2-2-22
Vs(V)    Calculado




Vs(V)    Medido


2.2 Conclusões:

3.  Experiência: Amplificador  diferencial   com entradas bufferizadas
3.1 Abra  o arquivo  ExpAO_19  Amplificador Diferencial com entradas bufferizadas,   identifique o circuito da Figura 5. Indique na tabela 2 os valores calculados e medidos da tensão de saida para os valores de Rt da tabela.
3.2. Qual o limite maximo que pode ter Rt, admitindo que Vsat=12 V? Verifique experimentalmente isso considerando um valor acima deste.



Figura 5 - Amplificador Diferencial com entradas Bufferizadas para experiencia 12
                                                                                Tabela 2 - Amplificador com entradas Buferizadas - Valores calculados e medidos
Valores Calculados
Valores  Medidos por Simulação
Rt  (ohms)Vs(V)
Rt  (ohms)
Vs(V)
1000

1000
1020
1020
1040
1040
3.3. Escreva as suas conclusões.
Qualquer duvida consulte o livro  Utilizando Eletronica com AO - Ed Erica - Albuquerque, R.O; Seabra, A.C,
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