Amplificador operacional de inversão

Op-Amp (Amplificador operacional) é a espinha dorsal da eletrônica analógica. Um amplificador operacional é um componente eletrônico acoplado a CC que amplifica a tensão de uma entrada diferencial usando feedback de resistor. Op-Amps são populares por sua versatilidade, pois podem ser configurados de várias maneiras e podem ser usados em diferentes aspectos. Um circuito amplificador operacional consiste em poucas variáveis, como largura de banda, impedância de entrada e saída, margem de ganho, etc. Diferentes classes de amplificadores operacionais têm especificações diferentes dependendo dessas variáveis. Existem muitos amplificadores operacionais disponíveis em diferentes pacotes de circuitos integrados (IC), alguns amplificadores operacionais têm dois ou mais amplificadores operacionais em um único pacote. LM358, LM741, LM386 são alguns ICs Op-amp comumente usados. Você pode aprender mais sobre Op-amps seguindo nossa seção de circuitos Op-amp.

Um op-amp tem dois pinos de entrada diferenciais e um pino de saída junto com os pinos de alimentação. Esses dois pinos de entrada diferenciais são pino inversor ou pino negativo e não inversor ou positivo. Um op-amp amplifica a diferença de voltagem entre esses dois pinos de entrada e fornece a saída amplificada em seu Vout ou pino de saída.

Dependendo do tipo de entrada, o amplificador operacional pode ser classificado como amplificador inversor ou amplificador não inversor. No tutorial anterior do amplificador operacional sem inversão, vimos como usar o amplificador em uma configuração sem inversão. Neste tutorial, aprenderemos como usar o amplificador operacional na configuração de inversão.

Configuração do amplificador operacional de inversão

É chamado de amplificador inversor porque o amplificador operacional muda o ângulo de fase do sinal de saída exatamente 180 graus fora de fase em relação ao sinal de entrada. Da mesma forma que antes, usamos dois resistores externos para criar o circuito de feedback e fazer um circuito de loop fechado através do amplificador.

Na configuração não inversora, fornecemos feedback positivo no amplificador, mas para a configuração invertida, produzimos feedback negativo no circuito do amplificador operacional.

Vamos ver o diagrama de conexão para inverter a configuração do amplificador operacional

No amplificador operacional de inversão acima, podemos ver que R1 e R2 estão fornecendo o feedback necessário em todo o circuito do amplificador operacional. O resistor R2 é o resistor de entrada do sinal e o resistor R1 é o resistor de feedback. Este circuito de feedback força a tensão de entrada diferencial a quase zero.

O feedback é conectado ao terminal negativo do amplificador operacional e o terminal positivo é conectado ao aterramento. O potencial de tensão na entrada inversora é o mesmo que o potencial de tensão na entrada não inversora. Assim, através da entrada não inversora, um ponto de soma da Terra Virtual é criado, que está no mesmo potencial que o solo ou a Terra. O op-amp atuará como um amplificador diferencial.

Portanto, no caso de inversão do amplificador operacional, não há fluxo de corrente para o terminal de entrada, também a tensão de entrada é igual à tensão de feedback em dois resistores, pois ambos são uma fonte de terra virtual comum. Devido ao aterramento virtual, a resistência de entrada do op-amp é igual ao resistor de entrada do op-amp que é R2. Este R2 tem uma relação com o ganho de malha fechada e o ganho pode ser definido pela relação dos resistores externos usados como feedback.

Como não há fluxo de corrente no terminal de entrada e a tensão de entrada diferencial é zero, podemos calcular o ganho de malha fechada do amplificador operacional. Saiba mais sobre a construção do Op-amp e seu funcionamento seguindo o link.

Ganho do amp op de inversão

Na imagem acima, dois resistores R2 e R1 são mostrados, que são os resistores de realimentação do divisor de tensão usados junto com o amplificador operacional inversor. R1 é o resistor de feedback (Rf) e R2 é o resistor de entrada (Rin). Se calcularmos a corrente que flui através do resistor, então -

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Como o Dout é o ponto médio da divisória, podemos concluir

Como descrevemos antes, devido ao aterramento virtual ou ponto de soma do mesmo nó, a tensão de feedback é 0, Dout = 0. Portanto,

Portanto, a fórmula do amplificador inversor para ganho de malha fechada será

Ganho (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Portanto, a partir desta fórmula, obtemos qualquer uma das quatro variáveis quando as outras três variáveis estão disponíveis. A calculadora de ganho de amp op pode ser usada para calcular o ganho de um amp op de inversão.

Como podemos ver um sinal negativo na fórmula, a saída estará 180 graus fora de fase em contraste com a fase do sinal de entrada.

Exemplo prático de amplificador inversor

Na imagem acima, é mostrada uma configuração de amplificador operacional, onde dois resistores de feedback estão fornecendo o feedback necessário no amplificador operacional. O resistor R2 que é o resistor de entrada e R1 é o resistor de feedback. O resistor de entrada R2, que tem um valor de resistência de 1K ohms, e o resistor de feedback R1, tem um valor de resistência de 10k ohms. Vamos calcular o ganho de inversão do op-amp. O feedback é fornecido no terminal negativo e o terminal positivo é conectado ao aterramento.

A fórmula para inverter o ganho do circuito do amplificador operacional

Ganho (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

No circuito acima Rf = R1 = 10k e Rin = R2 = 1k

Então, Ganho (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Ganho (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Portanto, o ganho será de -10 vezes e a saída estará 180 graus fora de fase.

Agora, se aumentarmos o ganho do amplificador operacional para -20 vezes, qual será o valor do resistor de feedback se o resistor de entrada for o mesmo? Então, Ganho = -20 e Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Portanto, se aumentarmos o valor de 10k para 20k, o ganho do op-amp será de -20 vezes.

Podemos aumentar o ganho do op-amp alterando a proporção dos resistores, no entanto, não é aconselhável usar uma resistência inferior como Rin ou R2. À medida que o valor mais baixo da resistência diminui a impedância de entrada e cria uma carga para o sinal de entrada. Em casos típicos, o valor de 4,7k a 10k é usado para o resistor de entrada.

Quando alto ganho exige e devemos garantir alta impedância na entrada, devemos aumentar o valor dos resistores de feedback. Mas também não é aconselhável usar um resistor de valor muito alto em Rf. O resistor de feedback mais alto fornece margem de ganho instável e não pode ser uma escolha viável para operações relacionadas à largura de banda limitada. O valor típico 100k ou pouco mais do que é usado no resistor de feedback.

Também precisamos verificar a largura de banda do circuito do amplificador operacional para uma operação confiável em alto ganho.

Amplificador Somador ou Circuito Op Amp Adder

Um amplificador operacional inversor pode ser usado em vários lugares, como amplificador de soma de amplificador operacional. Uma aplicação importante da inversão do amplificador operacional é o amplificador somador ou misturador de terra virtual.

Na imagem acima, um misturador de terra virtual ou amplificador somador é mostrado, onde um amplificador operacional invertido mistura vários sinais diferentes em seu terminal inversor. Uma entrada de amplificador inversor está virtualmente no potencial de terra, o que fornece uma excelente aplicação relacionada ao mixer em trabalhos relacionados à mixagem de áudio.

Como podemos ver, diferentes sinais são somados no terminal negativo usando diferentes resistores de entrada. Não há limite para o número de entradas de sinal diferentes que podem ser adicionadas. O ganho de cada porta de sinal diferente é determinado pela relação entre o resistor de feedback R2 e o resistor de entrada do canal específico.

Também aprenda mais sobre as aplicações do amplificador operacional seguindo vários circuitos baseados em amplificador operacional. Esta configuração de amplificador operacional inversor também é usada em vários filtros, como passa-baixo ativo ou filtro passa-alto ativo.

Circuito amplificador de transimpedância

Outro uso do amplificador inversor Op amp é usar o amplificador como amplificador de transimpedância.

Nesse circuito, o amplificador operacional converte uma corrente de entrada muito baixa na tensão de saída correspondente. Portanto, um amplificador de Transimpedância converte a corrente em voltagem.

Ele pode converter a corrente de fotodiodo, acelerômetros ou outros sensores que produzem baixa corrente e, usando o amplificador de transimpedância, a corrente pode ser convertida em tensão.

Na imagem acima, um amplificador operacional invertido usado para fazer o Amplificador de Transimpedância que converte a corrente derivada do fotodíodo em uma voltagem. O amplificador fornece baixa impedância através do fotodiodo e cria o isolamento da tensão de saída do amp op.

No circuito acima, apenas um resistor de feedback é usado. O R1 é o resistor de feedback de alto valor. Podemos alterar o ganho alterando o valor desse resistor R1. O alto ganho do op-amp usa uma condição estável onde a corrente do fotodiodo é igual à corrente de feedback através do resistor R1.

Como não fornecemos qualquer polarização externa ao fotodíodo, a tensão de deslocamento de entrada do fotodiodo é muito baixa, o que produz um grande ganho de tensão sem qualquer tensão de deslocamento de saída. A corrente do fotodíodo será convertida em alta tensão de saída.

Outras aplicações do amplificador operacional de inversão são -

Phase shifter
Integrador
Em trabalhos relacionados ao balanceamento de sinal
Misturador linear RF
Vários sensores usam amplificador operacional inversor para a saída.