Eletroeletrônica Para Nós: Amplificadores Operacionais

Amplificadores Operacionais

O amplificador operacional ou simplesmente Amp-OP, foi introduzido na década de 40, inicialmente com objetivo de realizar operações matemáticas, necessárias à computação analógica. Em aproximadamente cinco décadas, o Amp-OP sofreu inúmeras melhorias, ganhando assim, posição de destaque entre os componentes eletrônicos. Este grande sucesso deve-se à grande variedade de circuitos, executando as mais variadas funções, com um único circuito integrado e poucos componentes externos. Hoje, o mercado disponibiliza milhares de amplificadores operacionais de baixo custo, altamente confiáveis e o mais importante, praticamente pronto para o uso.

O amplificador Operacional (AmpOp) é um circuito integrado utilizado num grande número de aplicações, entre as quais se destaca:

• Controle de processos

• Amplificação

• Regulação de sistemas

• Operações lineares e não lineares

• Filtragem

A figura seguinte representa o seu símbolo:

Figura 1 - Simbologia de um amplificador operacional

O AmpOp é um dispositivo composto por duas entradas (entrada não inversora (+), entrada inversora (-) e uma saída.

O AmpOp é constituído internamente por uma cascata de amplificadores com transistores.

A saída do AmpOp é uma tensão proporcional à diferença de tensão entre as suas entradas não inversora e inversora.

V0 = AvVi

V0 = Av (V+ - V-)

Quando aplicamos o sinal na entrada não inversora (+), ele é amplificado e aparece na saída com a mesma fase do sinal de entrada. Por outro lado, quando aplicamos um sinal na entrada inversora (-), ele surge na saída com a fase invertida. Tudo isso é representado na figura 2.

Figura 2

Teoricamente, um amplificador operacional tem as seguintes características:

Impedância de entrada infinita
Impedância de saída nula
Ganho infinito
Faixa passante infinita.

Configurações básicas

O Amp-OP isoladamente executa poucas funções. Os elementos externos como resistores, capacitores e diodos é que determinarão o comportamento do circuito. Basicamente, podemos afirmar que quase todos os circuitos derivam de uma de suas configurações básicas.

Sem realimentação: Nessa configuração o Amp-OP utilizado sem nenhum componente externo, ou seja, o ganho é estipulado pelo fabricante. Assim, a saída do operacional tende a saturar em valores inferiores a +VCC e −VCC.

Algumas aplicações:

Comparadores
Detectores de nível
Detectores de passagem por zero

Realimentação positiva: É como a realimentação negativa, porém parte do sinal de saída retorna à entrada não inversora. Esta configuração apresenta alguns inconvenientes, pois esse tipo de realimentação conduz o circuito à instabilidade.

Algumas aplicações:

Comparadores com histerese
Multivibradores
Osciladores

Realimentação negativa: Em um sistema realimentado, a saída é amostrada e parte dela é enviada de volta para a entrada inversora. O sinal de retorno é combinado com a entrada original e o resultado é uma relação saída / entrada definida e estável.

Algumas aplicações:

Inversores, não inversores e buffers
Somadores e subtratores
Integradores e diferenciadores
Filtros ativos
Conversores V/I e I/V
Retificadores de precisão
Ceifadores, limitadores e grampeadores
Etc...

Amplificador inversor

Uma das configurações mais utilizadas do AmpOp é o chamado amplificador inversor. É constituído por um AmpOp e duas resistências ligados como se mostra na figura.

A saída é uma réplica amplificada da entrada (ganho R2 /R1), mas com a fase invertida.

V0 = -R2/R1 Vs

Amplificador não inversor

Na configuração não inversora, a fase do sinal de saída é a mesma do sinal de entrada. O ganho é determinado pela resistência de realimentação (R2). O circuito básico de um amplificador neste tipo de aplicação é mostrado na figura abaixo:

Ganho:

Onde: G é o ganho
R1 e R2 são resistências em (Ohm)

Amplificador Operacional

Esse tipo de circuito integrado é assim chamado por poder efetuar operações aritméticas com sinais, tais como:

Soma
Subtração
Multiplicação
Integração
Diferenciação

Amplificador Operacional Somador

Logo, se os valores de resistência dos resistores forem diferentes, o calculo da tensão de saída será dada pela seguinte formula:

V0 = -R (V1/R1 + V2/R2 + V3/R3)

Porém, se o valor dos resistores forem iguais (R1=R2=R3=R0), o calculo da tensão de saída será dada por:

V0 = -R/R0 (V1 + V2 + V3)

Amplificador Operacional Subtrator

A tensão de saída é dada por:

Vs = G x (Ve2 – Ve1)

Amplificador Operacional Integrador

O funcionamento do amplificador integrador é integrar circuitos que simulam os operadores matemáticos que integram e derivam. Além disso, são usadas para modificar formas de onda, gerando pulsos, ondas quadradas, ondas triangulares e etc.

A tensão de saída é calculada pela seguinte formula:

Amplificador Operacional Diferenciador

Um diferenciador é um circuito que realiza a operação matemática da diferenciação. Ele produz uma tensão de saída proporcional à tensão de entrada. As aplicações mais comuns de um diferenciador são a detecção das bordas dianteiras e posterior de um pulso retangular, ou a produção de uma saída retangular a partir de uma entrada rampa. A realimentação negativa se faz por um elemento resistivo, enquanto o elemento capacitivo aparece em serie com o terminal da entrada inversora e o sinal de entrada.