Topologias para Amplificador Operacional (1)

O amplificador operacional ou simplesmente Amp-OP, foi introduzido na década de 40, inicialmente com objetivo de realizar operações matemáticas, necessárias à computação analógica. Em aproximadamente cinco décadas, o Amp-OP sofreu inúmeras melhorias, ganhando assim, posição de destaque entre os componentes eletrônicos.

Este grande sucesso deve-se à grande variedade de circuitos, executando as mais variadas funções, com um único circuito integrado e poucos componentes externos. Hoje, o mercado disponibiliza milhares de amplificadores operacionais de baixo custo, altamente confiáveis e o mais importante, praticamente pronto para o uso.

Para o equacionamento, vamos tratar o operacional como o ideal, o que é uma aproximação razoável para a maioria das aplicações. Na tabela abaixo, você poderá ver um comparativo entre os parâmetros ideais e compará-los com os valores do ampop mais comum utilizado, o 741:

O amplificador operacional, assim como qualquer amplificador, é representado por um triângulo que aponta em direção ao fluxo de sinal, porem, é caracterizado pelos sinais de (+) e (-) presentes na simbologia. Dependendo do circuito o símbolo pode ser simplificado omitindo alguns terminais. Os sinais (+) e (-) presentes em ambos os símbolos representam as entradas, inversora e não inversora do amplificador operacional e não devem ser omitidas.

Chega de enrolação, vamos para as topologias mais comuns utilizadas:

- Não Inversor:

Na configuração não inversora, a fase do sinal de saída é a mesma do sinal de entrada. O ganho é determinado pela resistência de realimentação negativa (feedback). O circuito básico de um amplificador neste tipo de aplicação é mostrado abaixo:

A formula do ganho para este circuito é:

- Inversor

Nesta configuração, há a inversão da polaridade do sinal. A equação de saída também é um pouco diferente da equação de entrada.

E a equação:

Atenção para qual resistor da imagem a equação se refere, para não haver erro no ganho do circuito.

Abaixo, pode-se ver uma simulação com os circuitos inversor e não-inversor. Como todos os resistores utilizador foram iguais, temos um ganho de 1 para o inversor e um ganho de 2 para o nao-inversor, conforme as equações.

O sinal em amarelo é a entrada do amplificador. Em azul, a saída do não-inversor e em rosa a saída do inversor.

Clique abaixo para baixar a simulação do inversor e do não inversor no Proteus 8.1

- Amplificador Somador Não-Inversor

O circuito abaixo mostra um amplificador não inversor. Nesta topologia, o sinal de saída é a soma dos sinais de entrada ponderados pelos seus ganhos individuais.

A equação então fica:

- Amplificador Somador Inversor

Mais comumente utilizado que o somador não inversor, possui um equacionamento mais simples. O ganho de cada entrada também é ponderado como o não-inversor.

E a equação fica sendo:

Na simulação, temos como entrada os sinais amarelo (senoide, 2Vp, 1000Hz) e o sinal azul (senoide, 4Vp, 500Hz). Em rosa podemos ver a saída do somador não inversor e em verde a saída do inversor. Por estarmos trabalhando somente com senoides, a saída acaba sendo uma senoide também. Vale lembrar que estas equações são validas independentes da entrada (como por exemplo, um sinal DC)

Link para download dos somadores simulados no Proteus 8.1

Como o assunto Amplificador Operacional é longo, esta postagem será divida em mais de uma parte.