AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

INTRODUÇÃO

E muito difícil dimensionar a totalidade das aplicações desse componente denominado Amplificador Operacional. Podemos dizer que suas aplicações estão presentes nos sistemas eletrônicos de controle industrial, na instrumentação industrial, na instrumentação medica, etc.

Este trabalho apresenta um conteúdo para o conhecimento e como é utilizado os Amplificadores Operacionais.

1-AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

O amplificador operacional (AOP) é um amplificador C multiestágio, com entrada diferencial, cujas características se aproximam de um amplificador ideal.

• Resistência de entrada infinita;

• Resistência de saída nula;

• Ganho de tensão infinito;

• Resposta de frequência infinita;

• Insensibilidade à temperatura.

1.1-Simbologia

V- - Entrada Inversora

V+ - Entrada não-inversora

Vo – Saída

1.2-Descrição Básica de um AOP

O AOP possui duas entradas e uma saída, que possui um valor múltiplo da diferença entre as duas entradas. O fator A é o ganho de tensão do Amplificador Operacional, ou seja, a relação entre a tensão de entrada diferencial e a de saída do dispositivo:

Modo de funcionamento básico

Consideremos o circuito abaixo:

Supondo que o ganho A seja de 100.000, obtemos a tensão de saída Vo:

Por definição sempre o fator A será positivo e sempre que V1 – V2 for menor que zero atensão de saída será negativa ou vice versa.

1.3-Conceito de Amplificador Diferencial

Na figura abaixo, temos o circuito de um amplificador diferencial elementar:

Supondo idealmente o circuito simétrico, os transistores Q1 e Q2 idênticos, podemos observar que a tensão de saída Vo será diretamente proporcional à diferença entre as tensões de entrada V1 e V2, o que faz com que a tensão de saída seja zero quando V1=V2.

1.4-Tensão de Offset

Idealmente, a tensão de saída do amplificador diferencial da figura anterior deveria ser nula quando V1=V2=0. Todavia, devido às diferenças existentes nas características de Q1 e Q2, tem-se um desbalanceamento das correntes no circuito e, consequentemente:

A diferença, em módulo, entre esses valores de VBE é denominada “Tensão de Offset de Entrada”, e será representada por Vi(offset):

Essa tensão de offset de entrada age como um sinal diferencial aplicado nas entradas do AOP e produz uma tensão diferencial na saída (proporcional ao ganho A) do mesmo. Essa tensão de saída é denominada “Tensão de Offset de Saída” (ou tensão de erro de saída) e será representada por VO(offset).

Em circuitos de alta precisão, é necessário minimizar ou eliminar essa tensão de erro na saída do dispositivo.

No caso de um AOP, o cancelamento ou balanceamento dessa tensão de erro é obtido através de um divisor de tensão conectado ao estágio diferencial de entrada. Esse divisor de tensão irá permitir o balanceamento das correntes de base e de coletor, de tal forma que a diferença entre os valores de VBE1 e VBE2 se anule. Esse ajuste deve ser feito com as entradas inversora e não inversora conectadas ao terra. Após o balanceamento, pode-se proceder a montagem do circuito desejado, tomando-se cuidado para não alterar o ajuste efetuado.

Alguns AOP possuem os terminais próprios para o ajuste da tensão de offset de saída.

Entretanto, existem outros que não possuem esses terminais e o usuário deverá montar um circuito externo convenientemente conectado às entradas do AOP para executar o ajuste. O procedimento para a execução do ajuste será abordado posteriormente.

1.5-Ganho de Tensão de um Amplificador

Na figura abaixo, temos o símbolo de um amplificador genérico:

• Vi – sinal de entrada;

• Vo – sinal de saída;

• Av – ganho de tensão.

Conceitua-se ganho de tensão, o fator pelo qual a tensão de entrada é multiplicada resultando a saída do dispositivo.

Assim, podemos escrever:

A importância da utilização do ganho de tensão em decibéis (dB) justifica-se quando são utilizados grandes valores para Av.

1.6-Características de um Amplificador Operacional

Discutiremos sobre as características ideais que qualquer amplificador deveria ter. Os AOP reais tentam se aproximar dessas características ideais.

1.7-Impedância de Entrada e Saída

Consideremos o circuito abaixo representa o modelo de uma fonte alimentando um amplificador, e este, alimentando uma carga:

Sendo:

• Vi – gerador;

• Ri – resistência interna do gerador;

• Zi – impedância de entrada do amplificador;

• Vo – gerador do sinal amplificado (A.VZi);

• Zo – impedância de saída do amplificador;

• RL – carga.

Observando o modelo anterior, podemos determinar que a tensão de entrada no amplificador