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Amplificador Operacional


Existem alguns componentes eletrônicos, que por sua versatilidade, podem ser considerados como sendo “coringas”, ou seja, que podem ser utilizados para uma infinidade de aplicações. O amplificador operacional é um deles. Tendo como um dos principais representantes o modelo 741, os amplificadores operacionais podem ser utilizados em inúmeras aplicações, entre elas como amplificador de áudio, gerador de formas de ondas, computadores analógicos, portas lógicas, etc. Para dizer a verdade, é difícil encontrar uma aplicação que não possa ser desenvolvida com os amplificadores operacionais.

O amplificador operacional  é disponibilizado em forma de CI (Circuito Integrado) que possui internamente um complexo circuito formado por transistores. Abaixo podemos ver o símbolo e o aspecto físico de um amplificador aperacional.

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Figura 1 – Símbolo e aspecto físico de um amplificador operacional.

A principal função de um amplificador operacional é amplificar a diferença de tensão aplicada entre suas entradas, denominadas Entrada Inversora e Entrada Não Inversora. Na Figura 1, a entrada V+ é a não inversora e a V- é a inversora. A tensão presente na saída Vo (também destacada na Figura 1) é a diferença entre V+ e V- multiplicada por um fator de ganho. A alimentação do circuito é feita pelos terminais +Vcc e -Vcc com tensões positivas e negativas respectivamente. Normalmente, quando projetamos circuitos com amplificadores operacional consideramos o circuito ideal, que possui as seguintes características:

Impedância de Entrada: Infinita

Impedância de Saída: Nula

Amplificação: Infinita

Essas características significam que nas entradas do circuito (V+ e V-) nenhuma corrente é consumida, pois a Impedância de Entrada é infinita. Além disso, nenhuma potência é perdida na saída Vo do circuito, pois a Impedância de Saída é Nula. Finalmente, qualquer diferença entre as tensões apresentadas nas entradas do circuito serão amplificadas infinitamente e, teoricamente, teremos uma tensão infinita em Vo.

A utilização das características ideais explicadas acima são utilizadas para fins de análise e projeto de circuitos com amplificadores operacionais. Contudo, na prática, esses parâmetros não são ideais. Desse modo, um amplificador operacional real possui as seguintes características:

Impedância de Entrada: Muito Alta

Impedância de Saída: Muito Baixa

Amplificação: Muito Alta

Note que existe uma grande diferença entre “Muito Alto” e “Infinito” e “Muito Baixo” e “Nulo”. Cada um desses parâmetros podem ser obtidos nos Datasheets dos componentes utilizados. O que é preciso ser compreendido até aqui é que durante o projeto utilizamos as características ideais e, depois que o projeto esta definido, devemos procurar um amplificador operacional que mais se aproxime das características desejadas para nosso projeto, fazendo os devidos ajustes nos circuitos de acordo com as limitações do componente escolhido.

Conforme dissemos no início deste texto, os amplificadores operacionais podem ser utilizados em inúmeras aplicações, de modo que neste primeiro artigo analisaremos sua utilização como Comparador de Tensão. Nesta configuração desejamos que o amplificador operacional apresente em sua saída uma tensão positiva, caso sua entrada V+ seja maior que a V- ou uma tensão negativa no caso de V- ser maior que V+. Se a tensão de saída Vo for positiva, ela terá o valor daquela utilizada para alimentar o circuito em +Vcc. Por outro lado, se a tensão de saída Vo por negativa, seu valor será aquele utilizado para alimentar o circuito em -Vcc. Para compreendemos melhor o funcionamento do circuito comparador de tensão, consideremos o circuito abaixo:

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Figura 2 – Amplificador Operacional como Comparador de Tensão.

Na Figura 2 o amplificador operacional é apresentado em sua configuração como Comparador de Tensão e seus terminais estão sendo alimentados com os seguintes valores:

V+ = 5,01V

V- = 5V

+Vcc = 10V

-Vcc = -10V

Como já foi dito, um amplificador operacional apresenta em sua saída Vo e diferença entre as tensões V+ e V- amplificada por um certo valor, sendo assim temos:

Vo = ((V+) – (V-)) x G

onde, V+ é a tensão aplicada na entrada não inversora; V- é a tensão aplicada na entrada inversora e G é o ganho do Amplificador Operacional. Lembre-se que no momento da análise consideramos os parâmetros ideais de um amplificador operacional e, como já foi dito, seu ganho ideal é Infinito. Deste modo:

Vo = (5,01 – 5) x G

Vo = 0,01 x G

Como o ganho é Infinito, a tensão de 0,01V multiplicada por Infinito resultaria em uma tensão Infinita na saída Vo. Contudo, isso é impossível! Então qual é o valor da tensão de saída? Todos os amplificadores operacionais têm como limitação da tensão de saída, sua tensão de alimentação positiva ou negativa. Como em nosso exemplo a diferença entre as tensões de entrada foi positiva de 0,01V, a tensão de saída será seu valor de saturação, ou seja, aproximadamente igual a +Vcc que é de 10V. Por outro lado, se a diferença entre as tensões de entrada tivesse sido negativa, o valor que apareceria na saída Vo seria seu valor de saturação negativo, ou seja, próximo a -Vcc.

É assim que funciona um amplificador operacional configurado como Comparador de Tensão e uma aplicação prática deste circuito pode ser vista em um outro artigo que publicamos no “Laboratório de Eletrônica” disponível aqui: http://labdeeletronica.com.br/contagem-regressiva-com-bargraph/

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