Circuitos com Amplificadores operacionais Auto-Zerados (ART676)

Na sua linha de produtos, a Microchip possui os circuitos integrados MCP6V01/2/3  (www.microchip.com) apresentando características que possibilitam sua aplicação em equipamentos portáteis, condicionamento de sensores, medidas de temperatura, correção de offset DC e instrumentação médica. Neste artigo, baseado no próprio data sheet do componente mostramos algumas configurações para estes componentes. Nesta atualização de 2012 reapresentamos o artigo, apenas observando que hoje pode-se contar com mais amplificadores operacionais da mesma linha.

Os amplificadores operacionais MCP6V01/2/3 possuem correção da tensão de offset de entrada mesmo para desvios muito pequenos. Estes componentes possuem um produto ganho-faixa passante de 1,3 MHz e rejeitam fortemente ruídos de comutação. O ganho unitário é estável e não tem nenhum ruído 1/f. O PSRR e CMRR é excelente e eles podem operar com uma tensão tão baixa quanto 1,8 V drenando apenas 300 uA de corrente quiescente por amplificador. Na figura 1 temos as pinagens dos componentes desta família.

Figura 1 - Pinagem dos amplificadores operacionais MCP6V01/2/3

O circuito típico de aplicação é mostrado na figura 2.

Figura 2 - Circuito típico de aplicação.

Outras características de destaque:

* Vos Drift: +/- 50 nV/oC (max)

* Vos: +/- 2 uV (max)

* PSRR: 130 dB (min)

* CMRR: 130 dB (min)

* Io: 300 uA

* Saída/entrada rail-to-rail

* Tensão de alimentação: 1,5 a 5,5 V

Circuitos:

Na figura 3 temos o modo de ação normal deste amplificador, onde é obtido o auto-zeramento.

Figura 3 - Modo normal de operação do amplificador no zeramento de um circuito.

Na figura 4 temos o modo de operação para o auto-zeramento de um circuito.

Figura 4 - Operação no modo de auto-zeramento.

1. Ponte de Wheatstone - 1

Na figura 5 temos uma aplicação típica destes amplificadores operacionais numa ponte de Wheatstone. O dispositivo se mostra importante neste tipo de aplicação onde os sinais são fracos e o ruído em modo comum intenso. Como o circuito não é simétrico, a saída tem apenas uma polaridade (single-ended).

Figura 5 - Aplicação numa ponte de Wheatstone.

2. Ponte de Wheatstone - 2

Um circuito que tem uma excursão tanto para valores positivos como negativos (totalmente diferencial) é mostrado na figura 6, sendo indicados para pontes de sensores como as que fazem uso de sensores de pressão e de temperatura. Este circuito apresenta uma alta performance quando comparado com o anterior.

Figura 6 - Circuito diferencial para pontes com sensores de pressão, temperatura, etc.

3. Circuito Sensor com RTD

Na figura 7 temos uma aplicação dos amplificadores operacionais com auto-zero com sensor RTD. Este circuito excita diretamente a entrada de um ADC.

Figura 7 - Circuito para sensor RTD usando dois amplificadores operacionais excitando diretamente um ADC.

O circuito é projetado para operar com RTDs de 3 terminais, corrigindo a influência da resistência do cabo de conexão (Rw). O resistor R1 não afeta a tensão de saída servindo apenas para balancear as entradas dos amplificadores operacionais. Uma falha no RTD pode ser detectada, pois a tensão de saída sairá da faixa de valores prevista.

4. Amplificador para Par Termoelétrico - 1

A utilização dos amplificadores operacionais desta série com pares termoelétricos é mostrada na figura 8.

Figura 8 - Aplicação com par termoelétrico

Este circuito utiliza apenas um amplificador operacional, tendo uma saída única referenciada à terra.

5. Amplificador para par termoelétrico - 2

Uma configuração melhor implementada é mostrada na figura 9.

Figura 9 - Outra configuração para par-termoelétrico com circuito regulador de tensão.

O MCP1541 produz uma tensão de saída de 4,10 V com uma alimentação de 5 V. Esta tensão é ligada a escada de resistores de 4,100 e 1,322 ? produz uma tensão e resistência equivalente de Thevenin de 1,00 V e 250 R. O resistor de 1,322 ? é combinado em paralelo com o resistor r do topo produzindo um resistor equivalente de ,569 ?. V4 deve ser convertida para a forma digital e então corrigida de acordo com a não linearidade do termopar. O ADC pode usar o MCP1541 como sua fonte de tensão de referência.

6. Comparador de Precisão

Completamos a série de circuitos aplicativos com um comparador de precisão. Neste circuito temos uma etapa de alta ganho antes da entrada de modo a melhorar a performance. O circuito é mostrado na figura 10. Não se recomenda utilizar o MCP6V01 como comparador propriamente dito, dada suas características que exigem um loop de realimentação.

Figura 10 - Comparador de precisão.

Conclusão

Amplificadores com características específicas, como o descrito neste artigo, possibilitam a implementação de soluções de alto desempenho com menor número de componentes. Os amplificadores com recursos auto-zero são um exemplo desta gama de aplicações. O leitor poderá obter muito mais no datasheet dos componentes sugeridos, baixando-o diretamente do site da Microchip.