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Amplificador operacional

Um amplificador operacional é um amplificador com uma saída e duas entradas que amplifica a diferença das tensões aplicadas às entradas.

Das duas entradas, uma chama-se inversora e a outra não inversora, pois a tensão de saída é vo = A vd = A (v+ - v-), em que A é o ganho de tensão, vd é a tensão diferencial de entrada, v+ é a tensão aplicada à entrada não inversora e v- é a tensão aplicada à entrada inversora. Por exemplo, se v+ = 0,1 V e v- = - 0,1 V, o valor de vd será vd = v+ - v- = 0,1 – (-0,1) = 0,1 + 0,1 = 0,2 V. Verifica-se que a tensão aplicada à entrada inversora é amplificada com sinal -.

As características principais de um amplificador operacional ideal são :

- Ganho de tensão infinito

- Resistência de entrada infinita

- Resistência de saída nula

- Largura de banda infinita

- Tensão de offset de entrada nula

- Slew rate infinito

- Deriva térmica nula

Na prática os amp op não são ideais mas sim reais, o que implica que aquelas características são aproximadas. No entanto, considerar os amp op ideais simplifica o estudo das suas aplicações e é o que vamos fazer.

Vamos tirar duas conclusões importantes para o estudo de circuitos com amp op.

1) Do facto da resistência de entrada ser infinita resulta que a corrente de entrada ii é zero.

2) Sendo o ganho A infinito, conclui-se que vd = 0. Isto resulta do seguinte :

Se vd é nulo, será vd = v+ - v- = 0 V e então v+ = v-, ou seja, a tensão na entrada inversora é igual à tensão na entrada não inversora.

Amplificador inversor

O circuito seguinte representa um amplificador inversor. A tensão aplicada à sua entrada é vi e a tensão que surge na saída é vo. O ganho de tensão A deste circuito obtém-se de A = vo / vi. Não confundir este ganho com o do amp op.

Sendo a corrente na entrada inversora ii = 0, a corrente i em R1 é a mesma que em R2. Por outro lado, se vd = 0, então v- = v+ = 0, porque a entrada não inversora está ligada à massa (potencial nulo). Com base nestas deduções é possível calcular o valor de i em R1 e em R2, o que nos permitirá determinar A.

O sinal – deve-se ao facto de que o sentido da tensão vo (da saída para a massa) ser inverso do sentido da corrente i em R2. Igualando as duas expressões de i, pode obter-se A.

Exemplo numérico : R1 = 47 kΩ e R2 = 100 kΩ

A tensão de saída é cerca do dobro da tensão de entrada. Para obter outro valor, basta alterar os valores das resistências. O sinal – significa que a saída e a entrada estão em oposição de fase. Se a tensão de entrada for, por exemplo, 0,5 V, a tensão de saída é vo = A x vi = (-2,1) x 0,5 = - 1,05 V.

Amplificador