Como funciona o amplificador operacional (O-Pamp)?

Como Funciona um Amplificador Operacional?

Um amplificador operacional (Op-Amp) é um componente eletrônico altamente integrado amplamente utilizado em circuitos para amplificação de sinal, filtragem, integração, diferenciação e muitas outras aplicações. Sua função principal é amplificar a diferença de tensão entre seus dois terminais de entrada. Aqui está uma explicação de como funciona um amplificador operacional e conceitos-chave:

1. Estrutura Básica

• Um amplificador operacional geralmente possui cinco pinos:

• Entrada Não Inversora (V+): Terminal de entrada positivo.

• Entrada Inversora (V−): Terminal de entrada negativo.

• Saída (Vout): Sinal de saída amplificado.

• Alimentação Positiva (Vcc): Tensão de alimentação positiva.

• Alimentação Negativa (Vee): Tensão de alimentação negativa.

2. Princípio de Funcionamento

Pressupostos para um Amplificador Operacional Ideal

• Ganho Infinito: Idealmente, o ganho A do op-amp é infinito.

• Impedância de Entrada Infinita: A impedância de entrada Rin é infinita, o que significa que a corrente de entrada é quase zero.

• Impedância de Saída Zero: A impedância de saída Rout é zero, o que significa que a corrente de saída pode ser arbitrariamente grande sem afetar a tensão de saída.

• Largura de Banda Infinita: Idealmente, o op-amp pode operar em todas as frequências sem nenhuma limitação.

Características de um Amplificador Operacional Real

• Ganho Finito: Na prática, o ganho A do op-amp é finito, tipicamente variando de dez elevado à quinta potência a dez elevado à sexta potência.

• Impedância de Entrada Finita: A impedância de entrada real não é infinita, mas é muito alta (nível de megohms).

• Impedância de Saída Não-Zero: A impedância de saída real não é zero, mas é muito baixa.

• Largura de Banda Finita: A largura de banda real do op-amp é limitada, tipicamente variando de centenas de quilohertz a megahertz.

3. Modos Básicos de Operação

Configuração em Loop Aberto

Ganho em Loop Aberto: Em configuração de loop aberto, o ganho A do op-amp amplifica diretamente a tensão diferencial de entrada

Saturação: Devido ao alto ganho A, mesmo uma pequena diferença de tensão de entrada pode causar a tensão de saída a atingir os limites das tensões de alimentação (ou seja, Vcc ou Vee).

Configuração em Loop Fechado

Realimentação Negativa: Ao introduzir realimentação negativa, o ganho do op-amp pode ser controlado para operar dentro de um intervalo razoável.

Circuito de Realimentação Negativa: Circuitos comuns de realimentação negativa incluem amplificadores inversores, amplificadores não-inversores e amplificadores diferenciais.

Curto Virtual e Aberto Virtual: Em circuitos de realimentação negativa, as tensões nos dois terminais de entrada do op-amp são quase iguais (curto virtual), e a corrente de entrada é quase zero (aberto virtual).

4. Circuitos de Aplicação Comuns

Amplificador Inversor

Estrutura do Circuito: O sinal de entrada é alimentado através de um resistor R1 para a entrada inversora V − , e um resistor de realimentação Rf conecta a saída Vout à entrada inversora V- .

Estrutura do Circuito: O sinal de entrada é alimentado através de um resistor R1 à entrada inversora V − , e um resistor de realimentação Rf conecta a saída Vout à entrada inversora V- .

Vout à entrada inversora V- .

Amplificador Não-Inversor

Estrutura do Circuito: O sinal de entrada é alimentado através de um resistor R1 à entrada não-inversora V + , e um resistor de realimentação Rf conecta a saída Vout à entrada inversora V− .

Amplificador Diferencial

Estrutura do Circuito: Dois sinais de entrada são aplicados à entrada não-inversora V+ e à entrada inversora V−, e um resistor de realimentação Rf conecta a saída V out à entrada inversora V − .

5. Resumo

Um amplificador operacional funciona amplificando a diferença de tensão entre seus dois terminais de entrada, com a funcionalidade central baseada em alto ganho e mecanismos de realimentação negativa. Usando diferentes configurações de circuito, os op-amps podem realizar várias funções, como amplificação, filtragem, integração e diferenciação. Entender os princípios de funcionamento e os circuitos de aplicação comuns dos op-amps é essencial para o projeto e a solução de problemas em diversos sistemas eletrônicos.