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Op-Amp, abreviação de 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 inversor ou não inversor. Neste tutorial, aprenderemos como usar op-amp na configuração de não inversão.

Na configuração não inversora, o sinal de entrada é aplicado no terminal de entrada não inversor (terminal positivo) do amplificador operacional. Devido a isso, a saída amplificada torna-se “ em fase ” com o sinal de entrada.

Como discutimos antes, o Op-amp precisa de feedback para amplificar o sinal de entrada. Isso geralmente é conseguido aplicando uma pequena parte da tensão de saída de volta ao pino inversor (no caso de configuração não inversora) ou no pino não inversor (no caso de pino inversor), usando uma rede divisora ​​de tensão.

Configuração de amplificador operacional não inversor

Na imagem superior, é mostrado um amplificador operacional com configuração não inversora. O sinal que precisa ser amplificado usando o op-amp é alimentado no pino positivo ou não inversor do circuito do op-amp, enquanto um divisor de tensão usando dois resistores R1 e R2 fornece a pequena parte da saída para o inversor pino do circuito op-amp. Esses dois resistores estão fornecendo o feedback necessário para o amplificador operacional. Em uma condição ideal, o pino de entrada do amplificador operacional fornecerá alta impedância de entrada e o pino de saída estará em baixa impedância de saída.

A amplificação depende daqueles dois resistores de feedback (R1 e R2) conectados como a configuração do divisor de tensão. R2 é referido como Rf (resistor de feedback)

A saída do divisor de tensão que é alimentada no pino não inversor do amplificador é igual ao Vin, já que Vin e os pontos de junção do divisor de tensão estão situados no mesmo nó de aterramento.

Devido a isso, e como o Vout depende da rede de feedback, podemos calcular o ganho de tensão de malha fechada conforme abaixo.

Ganho de op-amp não inversor

Como a tensão de saída do divisor de tensão é igual à tensão de entrada , Divider Vout = Vin

Então, Vin / Vout = R1 / (R1 + Rf) Ou, Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

O ganho de tensão total do amplificador (Av) é Vout / Vin

Então, Av = Vout / Vin = (R1 + Rf) / R1

Usando esta fórmula, podemos concluir que o ganho de tensão de malha fechada de um amplificador operacional não inversor é,

Av = Vout / Vin = 1 + (Rf / R1)

Portanto, por esse fator, o ganho do amplificador operacional não pode ser inferior ao ganho de unidade ou 1. Além disso, o ganho será positivo e não pode estar na forma negativa. O ganho depende diretamente da proporção de Rf e R1.

Agora, o interessante é, se colocarmos o valor do resistor de feedback ou Rf como 0, o ganho será 1 ou unidade. E se R1 se tornar 0, o ganho será infinito. Mas isso só é possível teoricamente. Na realidade, é amplamente dependente do comportamento do amplificador operacional e do ganho de malha aberta.

Op-amp também pode ser usado duas tensões de entrada adicionais como amplificador somador.

Exemplo prático de amplificador não inversor

Vamos projetar um circuito de op-amp não-inversor que irá produzir 3x ganho de tensão na saída comparando a tensão de entrada.

Faremos uma entrada de 2 V no amplificador operacional. Vamos configurar o op-amp em configuração não-inversora com recursos de ganho 3x. Selecionamos o valor do resistor R1 como 1,2k, descobriremos o valor do resistor Rf ou R2 e calcularemos a tensão de saída após a amplificação.

Como o ganho depende dos resistores e a fórmula é Av = 1 + (Rf / R1)

Em nosso caso, o ganho é 3 e o valor de R1 é 1. 2k. Então, o valor de Rf é, 3 = 1 + (Rf / 1,2k) 3 = 1 + (1,2k + Rf / 1,2k) 3,6k = 1,2k + Rf 3,6k - 1,2k = Rf Rf = 2,4k

Após a amplificação, a tensão de saída será

Av = Vout / Vin 3 = Vout / 2V Vout = 6V

O circuito de exemplo é mostrado na imagem acima. R2 é o resistor de feedback e a saída amplificada será 3 vezes maior que a entrada.

Seguidor de tensão ou amplificador de ganho de unidade

Como discutido antes, se definirmos Rf ou R2 como 0, isso significa que não há resistência em R2 e o resistor R1 é igual ao infinito, então o ganho do amplificador será 1 ou ele alcançará o ganho unitário. Como não há resistência em R2, a saída está em curto com a entrada negativa ou invertida do amplificador operacional. Como o ganho é 1 ou unitário, essa configuração é chamada de configuração de amplificador de ganho unitário ou seguidor de tensão ou buffer.

Conforme colocamos o sinal de entrada na entrada positiva do amplificador operacional e o sinal de saída está em fase com o sinal de entrada com um ganho de 1x, obtemos o mesmo sinal na saída do amplificador. Assim, a tensão de saída é igual à tensão de entrada. Tensão de saída = Tensão de entrada.

Portanto, ele seguirá a tensão de entrada e produzirá o mesmo sinal de réplica em sua saída. É por isso que é chamado de circuito seguidor de tensão.

A impedância de entrada do amplificador operacional é muito alta quando um seguidor de tensão ou configuração de ganho de unidade é usada. Às vezes, a impedância de entrada é muito maior do que 1 Megohm. Portanto, devido à alta impedância de entrada, podemos aplicar sinais fracos na entrada e nenhuma corrente fluirá no pino de entrada da fonte do sinal para o amplificador. Por outro lado, a impedância de saída é muito baixa, e vai produzir o mesmo sinal de entrada, na saída.

Na imagem acima, a configuração do seguidor de tensão é mostrada. A saída é conectada diretamente ao terminal negativo do amplificador operacional. O ganho dessa configuração é 1x.

Como sabemos, Ganho (Av) = Vout / Vin Então, 1 = Vout / Vin Vin = Vout.

Devido à alta impedância de entrada, a corrente de entrada é 0, então a potência de entrada também é 0. O seguidor de tensão fornece grande ganho de potência em sua saída. Devido a este comportamento, o seguidor de tensão é usado como um circuito buffer.

Além disso, a configuração do buffer fornece um bom fator de isolamento de sinal. Devido a esse recurso, o circuito seguidor de tensão é usado em filtros ativos do tipo chave de Sallen, onde os estágios do filtro são isolados uns dos outros usando a configuração de amplificador operacional seguidor de tensão.

Existem circuitos de buffer digital também disponíveis, como 74LS125, 74LS244 etc.

Como podemos controlar o ganho do amplificador não inversor, podemos selecionar vários valores de resistores e produzir um amplificador não inversor com uma faixa de ganho variável.

Os amplificadores não inversores são usados ​​em setores de eletrônica de áudio, bem como em osciloscópio, mixers e vários lugares onde a lógica digital é necessária usando eletrônica analógica.