Amplificador Operacional: 5 Características Importantes

O que é amplificador operacional?

Op-amp é uma abreviatura de Operation amplifier, um amplificador de alto ganho de acoplamento direto. No termo Amplificador Operacional, 'Operacional' representa que o amplificador pode realizar certas operações como - soma, subtração, comparação, etc. A palavra 'Amplificação' sugere que ele pode amplificar o sinal de entrada.

Amp op ideal

Um amplificador operacional ideal não existe praticamente, mas tem as melhores características. Todos os amplificadores operacionais práticos são construídos para atingir características próximas como um amplificador operacional ideal. Vamos discutir algumas das características de um amplificador operacional ideal.

Características ideais do op amp

  1. O amplificador operacional ideal fornece ganho de voltagem infinito.
  2. Possui impedância de entrada infinita.
  3. Possui resistência de saída zero.
  4. Possui largura de banda infinita.
  5. A taxa de rejeição do modo comum é infinita.
  6. A taxa de rejeição da fonte de alimentação é infinita.
  7. A taxa de variação é 0.

Invertendo amplificador operacional

Op-amp tem vários modos de operação. Amplificador operacional inversor representa o tipo de processo no qual o sinal de entrada é fornecido por meio do terminal inversor do amplificador operacional. A fase de saída do amplificador é invertida no processo de amplificação. O amplificador operacional inversor tem um ganho maior do que o amplificador operacional não inversor.

amplificador operacional
Imagem por: Inductiveload, Amplificador Inversor Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes no Wikimedia Commons

Amplificador operacional sem inversão

A não inversão é outro modo de operação usando um amplificador operacional. Aqui, o sinal de entrada é fornecido usando o terminal não inversor do amplificador operacional. Assim, a fase de saída permanece a mesma e não é invertida em operação. É por isso que essa operação com um amplificador operacional é conhecida como 'amplificador operacional não inversor'. Este amplificador operacional fornece maior estabilidade do sistema devido ao sistema de feedback negativo, mas tem menos ganho do que um amplificador operacional inversor. Entre um amplificador operacional não inversor e um amplificador operacional inversor, um amplificador inversor tem mais preferências.

amplificador operacional
Imagem por: Carga IndutivaAmplificador não inversor Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Circuitos amp op | Circuitos amplificadores operacionais básicos

Os circuitos dos amplificadores operacionais são específicos para suas operações. Um amplificador operacional é capaz de realizar várias operações matemáticas. Os circuitos são feitos de acordo com a necessidade. A imagem abaixo representa um símbolo de circuito típico de um amplificador operacional.

Podemos observar que um op-amp possui duas entradas (marcadas como 1 e 2). A entrada marcada com '-' é o terminal inversor. A entrada marcada com o sinal '+' é o terminal não inversor. O par de conexão de tensão, mostrado como + Vsat e -Vsat, são a tensão de saturação positiva e a tensão de saturação negativa, representam o limite máximo e mínimo do amplificador operacional; aqueles podem ser observados na saída.

As tensões de saturação são aplicadas ao amplificador operacional para equilibrar o amplificador operacional em relação ao solo. A saída é coletada do terminal 'O'.

741 amplificador operacional

Os op-amps agora estão disponíveis nos mercados via ICs. Um desses IC é o amplificador operacional 741. É um CI monolítico (todas as conexões são formadas em uma única peça de silício cristalino). O IC consiste em um amplificador operacional. A Fairchild Semiconductor no início dos anos 741 o desenvolveu pela primeira vez. O número XNUMX indica que o IC tem sete pinos funcionais, quatro pinos de entrada e um pino de saída.

pinagem do amplificador operacional 741

O diagrama a seguir fornece a pinagem do IC. A terminologia do IC que consiste em um amplificador operacional também descreve os pinos. O número 7 de 741 representa sete pinos funcionais, quatro pinos de entrada e um pino de saída.

741 op amp esquemático

A figura a seguir representa o diagrama esquemático de um 741 Amplificador Operacional.

Amplificador operacional interno de 375px.svg
Esquema por: Carga IndutivaOp-Amp interno, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Integrador op amp

Mencionamos anteriormente, e um amplificador operacional pode fazer várias operações matemáticas. Vamos descobrir como um amplificador operacional pode fazer uma operação de 'integração' sobre um sinal de entrada. Para implementar o integrador usando um amplificador operacional, precisamos de um capacitor e alguns resistores e um amplificador operacional! O diagrama de circuito abaixo descreve o circuito integrador do amplificador operacional.

amplificador operacional
Circuito integrador, imagem por - RutujadeshpandeCircuito integradorCC BY-SA 3.0

Operação do integrador

O conceito de solo virtual – funciona por assumir a OP AMPs ganho infinito. É por isso que o nó 'A' na imagem é um terreno virtual. Deixe a corrente 'i' fluir através da resistência R. Assim, a corrente pode ser medida como i = V1/R.

 Aqui, V1 é a tensão de entrada fornecida no terminal inversor e o terminal não inversor é aterrado com um resistor e, devido à alta impedância de entrada, a mesma corrente fluirá através do caminho de feedback, tendo um capacitor nele. Portanto, a tensão de saída pode ser escrita como:

Vo = - 1 / C 0 t [i dt]

Ou, Vo = - 1 / RC 0 t [V1 dt]

Assim, podemos dizer que a tensão de saída é proporcional à integral de tempo da tensão de entrada e é por isso que o circuito é denominado como integrador ou integrador de Miller.

Comparador op amp

Um comparador op-amp ou um comparador de tensão, ou um comparador, é um dispositivo eletrônico que compara duas tensões de entrada e fornece uma saída indicativa. A saída indica qual das duas entradas de tensão é mais extraordinária em valores.

O op-amp é projetado em configurações de circuito aberto para usar um amplificador operacional como um comparador.

  • Se a tensão no terminal não inversor for maior do que a tensão no terminal inversor, a saída é comutada para a tensão de saturação positiva do amplificador operacional.
  • Se a tensão do terminal inversor for maior do que a tensão no terminal não inversor, o / p é comutado para a tensão de saturação -ve do amplificador operacional.

Circuito comparador op amp

A imagem abaixo representa o circuito comparador do amplificador operacional.

amplificador operacional
Comparador, imagem por: Carga IndutivaComparador Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Ganho op amp

O ganho do op-amp refere-se à razão entre a tensão de saída e a tensão de entrada e o amplificador operacional tem dois tipos de ganho, conforme segue.

  • Ganho de malha fechada: Se o sistema amplificador operacional tiver um sistema de feedback associado a ele, o ganho do sistema é conhecido como ganho de malha fechada.
  • Ganho em loop aberto: Se o circuito do amplificador operacional não tiver um sistema de feedback associado a ele, o ganho é o ganho de malha aberta.

Para um amplificador operacional ideal, o ganho é infinito para quaisquer frequências. Para amplificadores reais, o ganho é uma constante absoluta. Ganho é o parâmetro de desempenho do amplificador.

Ganho do amplificador operacional sem inversão

A expressão geral da tensão de saída do amplificador não inversor é: Vout = k * Vin

A equação de saída do amplificador não inversor é: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Então, comparando ambas as equações, o valor de k será

k = [1 + (Rf / R1)]

Esta expressão do resistor é conhecida como ganho do amplificador não inversor. Podemos observar que se Rf = R1, Vo = 2 * Vin. Portanto, a tensão de entrada é amplificada por um fator de 2. A relação (Rf / R1) normalmente controla o ganho. Aumentar Rf aumenta o valor de ganho.

Buffer de op amp

Um buffer op-amp ou um buffer de ganho unitário, ou um circuito seguidor de tensão é um modelo de amplificador não inversor especialmente projetado. Observe o circuito do amplificador não inversor fornecido acima. Se tornássemos a resistência de feedback zero e a resistência infinita do terminal inversor, o ganho do amplificador seria unitário. É por isso que este circuito é conhecido como buffer de ganho de unidade. Este buffer é usado para casamento de impedância.

Amplificador operacional diferencial

O Amplificador Operacional Diferencial ou amplificador de diferença é o amplificador operacional que amplifica a diferença entre as duas tensões de entrada e fornece isso como saída e realiza a operação de subtração, ao contrário de um amplificador somador que soma as tensões de entrada.

O circuito abaixo descreve o circuito de um amplificador diferencial.

amplificador operacional
Amplificador diferencial, imagem por - Carga IndutivaAmplificador Diferencial Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Operações

Usando o conceito de terra virtual, podemos concluir que a tensão no nó A é a mesma que a tensão no nó B. Usando KCL, podemos escrever que -

(V1 - Vx) / R1 = (Vx - VO) / R2

& (V2 - Vx) / R1 = Vx / R2

Aqui, V1 é a tensão de entrada. Vx é a tensão no nó A (assim como B). Vo é a tensão de saída. Agora, assumimos que o amplificador operacional tem alta impedância de entrada. Comparando e usando ambas as equações, podemos escrever -

Vo = (V2 - V1) * R2 / R1

Esta equação de saída justifica a operação.

Invertendo o ganho do amplificador operacional

A expressão geral da tensão de saída do amplificador inversor é: Vout = -k * Vin

A equação de saída do amplificador inversor é: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Agora, comparando ambas as equações, podemos dizer -

k = (Rf / R1)

É o ganho de malha fechada do amplificador inversor.

Somando op amp

O amplificador operacional somador ou amplificador operacional somador é o amplificador que amplifica a soma das tensões de entrada e fornece como saída. Ele realiza operações de soma ou adição, ao contrário de um amplificador diferencial que realiza operações de subtração.

A imagem abaixo representa o amplificador operacional de soma.

amplificador operacional
Amplificador somador, imagem por - Carga IndutivaAmplificador Somador Op-Amp, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Divisão de

Usando o conceito de solo virtual, o potencial no nó A é o mesmo que o potencial no nó B. Aplicando KCL, nós podemos escrever -

I1 + I2 + I3 +… + IN = IO

Ou, V1 / R1 + V2 / R2 +… + Vn / Rn = - Vo / Rf

Ou Vo = - [(V1 * Rf / R1) + (Rf * V2 / R2) +… + (Rf * Vn / Rn)

Agora, se R1 = R2 =… = Rn = Rf, então podemos escrever -

Vo = - [V1 + V2 +… + Vn]

Amplificador operacional seguidor de tensão | Seguidor op amp

Um amplificador operacional seguidor de tensão ou um buffer de ganho unitário, ou um circuito seguidor de tensão é um modelo de amplificador não inversor especialmente projetado e se fizermos o feedback resistência zero e o terminal inversor infinito resistência, o ganho do amplificador seria unitário. Como a tensão de saída está apenas seguindo a tensão de entrada sem amplificação, o amplificador é conhecido como seguidor de tensão op ap. É por isso que esse circuito também é conhecido como buffer de ganho unitário. Este buffer é usado para casamento de impedância.

Amplificador operacional discreto

O amplificador operacional discreto é construído para fornecer o mínimo residual entre as entradas positiva e negativa, portanto, causa um alto ganho. Os amplificadores operacionais discretos são geralmente usados ​​para aplicações de áudio, em vez de amplificadores operacionais convencionais. Ele tem várias vantagens sobre os amplificadores operacionais convencionais, pois o design personalizado é possível, precisa de menos componentes, fornece melhor estabilidade de temperatura, etc.

Lm741 amp op

O lm741 é um IC monolítico que possui um amplificador operacional dentro dele. Possui oito pinos. O IC não requer compensação de frequência externa. Ele fornece CMRR mais alto e consome menos energia. A pinagem de lm741 é fornecida abaixo.

Número do PINDescrição
1, 5Offset NULL para remoção de offset e balanceamento com o solo.
2Terminal de entrada de inversão
3Terminal não inversor
4Tensão de saturação negativa
6Saída do amplificador operacional
7Tensão de saturação positiva
8Sem conexão (NC)

Diferenciador op amp

Amplificador operacional diferenciador ou op-amp diferencial executa a operação de diferenciação sobre um sinal de tensão de entrada. Para implementar o diferenciador usando um amplificador operacional, precisamos de um capacitor e alguns resistores e um amplificador operacional! O diagrama de circuito abaixo descreve o circuito diferenciador do amplificador operacional.

Equações op amp

As equações do op-amp são geralmente chamadas de equações de saída de um op-amp. As equações de saída representam a relação entre as tensões de entrada e saída. O fator de ganho também pode ser determinado a partir das equações de saída. Algumas das equações de saída de alguns amplificadores básicos são fornecidas abaixo.

Equações op amp sem inversão: V0 = [1 + (Rf / R1)] * Vin

Invertendo as equações op amp: V0 = - (Rf / R1) * Vin

Tipos de amplificador operacional

Op-amp tem vários tipos em vez de vários modos de operação. Diferentes tipos de op-amp realizam várias operações matemáticas. Alguns deles são -

  1. Invertendo amplificador operacional
  2. Amplificador operacional sem inversão
  3. Diferença op amp
  4. Amplificador somador
  5. Integrador
  6. Amplificador diferencial
  7. Amplificador logarítmico
  8. Comparador
  9. Conversor de corrente para tensão
  10. Conversor de tensão para corrente

Amplificador operacional inverso vs não inversor

Vamos fazer uma análise comparativa entre amplificador operacional inversor e não inversor.

Assunto de comparação.Invertendo op-ampOp-amp não inversor
Terminal de entradaA entrada é fornecida através do terminal inversor.A entrada é fornecida por meio de um terminal não inversor.
Polaridade de saídaA polaridade da tensão de entrada é alterada na saída.A polaridade da entrada permanece a mesma na saída.
GanhoO ganho é dado como: Av = - (Rf / R1)O ganho é dado como: Av = (1 + Rf / R1)
Impedâncias de entradaA impedância de entrada é menor do que o amplificador operacional não inversor.A impedância de entrada é maior do que a inversão do amplificador operacional.
Fase de saídaA entrada e a saída estão em fase.A entrada e a saída estão fora de fase.

Amplificador operacional de feedback negativo

Para um sistema de malha fechada de um amplificador operacional, se o sistema de feedback estiver conectado ao terminal inversor do amplificador operacional, o sistema de feedback é conhecido como feedback negativo. Um op-amp operando com feedback negativo incorporado é conhecido como feedback negativo. Amplificadores operacionais de feedback negativo têm melhor estabilidade do sistema, mas o ganho é menor do que o amplificador operacional de feedback positivo.

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