Principio de funcionamento do Amplificador Operacional

Principio de funcionamento do Amplificador Operacional

O Amplificador Operacional é um componente ativo usado na realização de operações aritméticas envolvendo sinais analógicos. Os Amp Op são amplificadores que trabalham com tensão contínua tão bem como com tensão alternada. As suas principais características são:

• Alta impedância de entrada;
• Baixa impedância de saída;
• Alto ganho;
• Possibilidade de operar como amplificador diferencial.

Operações dos Amplificadores Operacionais:

• Soma;
• Diferença;
• Integração;
• Logaritmo.

Símbolo:

Um amplificador analógico é sempre representado como um triângulo em que um dos vértices é a saída. O gráfico mostra o diagrama esquemático de um Amplificador Operacional com seu modelo mais usual. + VCC e - VCC são as tensões de alimentação do amplificador operacional. Alguns amplificadores operacionais também podem ser alimentados com +VCC e 0V. A tensão de saída, V0, está limitada pelas tensões de alimentação (neste caso, V0 ∈ [-VCC, +VCC]). Os amplificadores operacionais amplificam a diferença de tensão aplicada nas entradas V+ e V- 
V0 = A (V+-V-) onde A representa o ganho de tensão do amplificador. O ganho pode atingir valores da ordem 105 a 106. [pic 1]

Características ideais do Amplificador Operacional: 

• Impedância de entrada infinita;
• Impedância de saída muito baixa;
• Ganho diferencial infinito;
• Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR) infinita;
• Excursão do sinal de saída de V+ até V-;
• Offset nulo;
• Função de transferência linear;
• Módulo e fase inalterados pela frequência;
• Derivada nula da tensão de saída para variações de temperatura.

Analise do Amplificador Operacional inversor e não inversor

Para estudarmos o ganho de um sinal em meio a um circuito amplificador inversor é necessário ter noções das propriedades contidas neste ganho (. O ganho do Amp Op é feito pelo dimensionamento de dois resistores, um resistor de entrada e outro de saída, respectivamente, R e Rf. Então para chegarmos nisso, e verídico saber que:[pic 2]

Malha de entrada:

                    [pic 3]

        [pic 4]

Malha de Saída:

        [pic 5]

 [pic 6][pic 7]

        [pic 8]

Tendo em vista a malha de resistores em série, vimos que para encontrar o ganho através dos mesmos deveríamos fazer a análise das correntes, pois é através delas que o ganho ficará mais nítido, então:

        [pic 9]

         [pic 10][pic 11]

                                [pic 12]

        [pic 13][pic 14]

[pic 15]

O ganho de um amplificador não inversor é diferente do ganho já visto, de um amplificador inversor. Sendo agora acoplado o sinal na entrada não inversora (+), não defasando mais o sinal de entrada. Como o circuito foi alterado para suprir as necessidades dessa função, os cálculos para achar ganho  também tiveram de fazer alterações. [pic 16]

Malha de entrada:

[pic 17]

,[pic 18]

        [pic 19]

Malha de Saída:

[pic 20]

[pic 21]

[pic 22]

Há uma propriedade das equações dos amplificadores, que diz a respeito da divisão de corrente, alegando que Corrente de RF é igual a corrente de R:

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

[pic 26]

Mudando o foco da amplificação em si, há outro tipo de personalização que é muito utilizado no meio da eletrônica, o comparador de tensão. O mais simples que existe é constituído somente pelo amplificador:

[pic 27]

Como não há um ganho através da proporção dos resistores, o ganho será do Amp Op, ou seja, é seu alto ganho que definirá o formato do sinal na saída. Quando entrar uma tensão de qualquer sinal o mesmo irá para a saturação positiva ou negativa na saída dependendo do referencial “terra”. Se a entrada positiva (+) onde está conectado o GND for maior que a entrada negativa (-), então o Amp Op terá em sua saída a tensão de saturação positiva (+V0sat). Acontecendo ao contrário, a entrada negativa for maior que a entrada positiva, então o Amp Op terá em sua saída a tensão de saturação negativa (-V0sat).

[pic 28]

[pic 29]

A falha desse circuito é que qualquer ruído pode chavear para a saturação, pois sendo qualquer sinal maior que zero, o ganho elevado faz um ruído transformar em sinal de saída.

O próximo circuito é um comparador de tensão que tira esse “defeito”, chamado de comparador de tensão com histerese. A função desse circuito é saturar a saída da Amp Op no momento de uma tensão desejada controlada a partir de um divisor de tensão feito por resistores e não mais por um ruído.

Como esse divisor de tensão é feito através de uma realimentação, a tensão do resistor (R1) que ficará em paralelo com a entrada positiva será a tensão de chaveamento, de modo, que o sinal da entrada negativa ficará sendo comparado pelo sinal de referencia. Se a tensão de R1 for maior que a tensão da entrada negativa a saída irá para tensão de saturação positiva, ao contrário, a tensão de R1 for menor que a tensão da entrada negativa a saída irá para tensão de saturação negativa.