Amplificadores Operacionais

O Amplificador Operacional ou simplesmente Amp.Op é um circuito integrado de grande aplicação.Foi dado nome de Amp.Op pelo fato de que o circuito foi utilizado para realizar operações matemáticas como adição, subtracção e multiplicação.

Os Amp.Ops são projectados para trabalharem com fonte simétrica, aquela que você consegue uma tensão negativa e positiva, mas podemos utilizar fontes simples.

Para que possamos usar uma fonte simples teremos que fazer um divisor de tensão. Desse modo o ponto do divisor será como referência ao terra e as tensões negativa e positiva serão os terminais da fonte.

OBS: Quando usamos uma fonte simples temos que ter cuidado para não confundir os terminais.

Nosso amigo possui dois terminais de entrada , um inversor e outro não inversor, ou seja, a tensão que entrar na entrada inversora será invertida em 180° na saída e a tensão que entrar na entrada não inversora será o mesmo na saída

Caracteristicas do Amp.Op

Essas caracteristicas são fornecidos pelos fabricantes no Datasheet e informam as caracteristicas do CI, mas explicarei cada item para que possam entender.

Impedância de Entrada(Zin)

É a impedância existente entre os terminais de entrada. Um Amp.Op ideal deve apresentar Zin=∞.Desse modo o Amp.Op só trabalharia com tensão , pois sua corrente seria nula. Os Amp.Op reais possuem Zin na ordem de Megaohms.

Impedância de saída(Zout)

É o seu estágio de saída e um Amp.Op ideal deve apresentar Zout=0.Desse modo o Amp.Op se comporta como um fonte ideal para carga, pois não possui resistência interna. O sinal de saída será independente só do sinal de entrada e não de corrente para a carga.

Os Amp.Ops reais possuem um Zout de alguns ohms , que atua como resistência interna e faz com que haja uma queda de tensão na saída. Desse modo tensão de saída(Vout) dependerá das tensões de entrada, do ganho do amplificador e da corrente de carga.

Ganho de Tensão Diferencial

O sinal amplificado na saída pode ser aplicado de três formas:

• Entre a entrada inversora e o terra
• Entre a entrada não inversora e o terra
• Entre as duas entradas

Quando um sinal é aplicado na entrada, o Amp.Op trabalha como diferencial , ele amplificará a diferença entre as entradas.A diferença entre as entradas amplificada terá um ganho entre a saída e a entrada que chamamos de ganho de tensão diferencial e que podem ser do tipo de malha aberta e malha fechada.

• Ganho de malha aberta

É a amplificação quando não tem uma realimentação.O ganho ideal deve ser infinito, mas o ganho real varia entre10³ e 10ˣ(x=9) que é expressado em decibéis.

Fórmula para o ganho

$db=20*log(Vout\; over\; Vin\; )$

• Ganho de malha fechada

Quando a uma realimentação

Tensão Offset de saídaÉ a tensão na saída quando suas entradas estão aterradas.O Amp.Op ideal apresenta 0V na saída, mas o real a saída está em torno de alguns milivolts.Alguns Amp.Ops possuem um terminal que possibilita ajustar a saída a zero ,esse terminal é chamado de offset null.

Slew Rate(Taxa de variação de tensão)

Define a variação de tensão que um Amp.Op pode apresentar na saída. Quando a variação do sinal de entrada for maior que o slew rate, a tensão na saída será distorcida.Desse modo a tensão de saída depende do sinal de entrada

Fórmula de Slew RateSR=dV(tensão)/dT(período)e para ondas senoidais SR=2πxFMÁXxVout(pico)

Rejeição de modo comum(CMRR)

É a capacidade de um Amp.Op não amplificar as tensões comuns ,pois não há uma diferença a ser amplificada. Um Amp.OP ideal deve possuir um CMRR=infinito, assim amplificará só a diferença entre as tensões, mas o Amp.Op real amplifica também as tensões comuns de entrada, mas ganho será muito menor.

Caracteristica de transferencia de um Amp.Op

O ganha do Amp.Op de malha aberta é grande , assim podendo chegar a milhares a milhão.Desse modo teríamos altas tensão na saída.

Os Amp.Op na maioria são alimentados com 15V e com isso a tensão na saída será no máximo 15V, apesar do seu ganho ser muito alto.

Quando a tensão de saída estiver próxima do máximo , ele estará saturado,mas no geral a tensão de saturação será 90% de VCC .Temos a saturação negativa(-90%deVCC) e a saturação positiva(+90%VCC)

Amplificação da região linear

A malha aberta possui um ganho muito alto, assim a região linear será muito estreia situado entre alguns milivolts negativos e postivios.Desse modo o sinal de entrada fica limitado a alguns milivolts

Agora que já falei um pouco sobre as caracteristicas do Amp.OP no geral, agora falei das suas maiores aplicações

Amplificador Inversor

É aquele que o sinal de entrada está na entrada negativa e na saída estará 180° defasado da entrada.

Fórmula para o ganho

AV=-R2/R1 e Vout=AVxVin.

Amplificador não inversor

Neste caso a saída não estará defasada na saída.

Fórmula para o ganho.

AV=(R2/R1)+1 e Vout=AVxVin

OBS: Quando R2 em curto e R1 em aberto o sinal de entrada será o mesmo na saída e é chamado de seguido de tensão

Amplificador somador inversor

É aquele que tem duas ou mais tensões na entrada negativa,mas só com uma sinal de saída e que esta invertido na saída.

Formula de ganho

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

Amplificador somador não inversor

Neste a saída não será invertida .

Fórmula do ganho

Vout=[(R/R4)+1]VB

VB= V1G1+V2G2+V3G3/G1+G2+G3

OBS: G1=1/R

Amplificador Subtrator

Nesse o sinal na saída é a diferença entre os sinais aplicados na entrada.

Podemos analizar o ciruito de varias formas, como as que vo apresentar:

Quando V2= 0V , o circuito será um Amp.Op inversor

Quando V1=0V , o circuito será um Amp.Op não inversor

Desse modo a Fórmula será a soma das fórmulas da inversor e nao inversor

Comparador

É aquele que precisamos comparar dois sinal, e um deles será o sinal de referencia. Quando o sinal que entrarfor menor que o de referencia Vout=-90%VCC , quando for maior que o de referencia Vout=90%VCC e finalmente quando for igual ao de referencia Vout=0V

Comparador com Histerese

É usado quando a tensão fica muito próxima da referencia e pode aprensetar falhas e para resolver isso devemos fazer uma realimentação positiva que criará uma histerese

O Amp.Op comum é o LM471