AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Os amplificadores operacionais são dispositivos extremamente versáteis com uma imensa gama de aplicações em toda a eletrônica. Os amplificadores operacionais são amplificadores de acoplamento direto, de alto ganho, que usam realimentação para controle de suas características. Eles são hoje encarados como um componente, um bloco fundamental na construção de circuitos analógicos. Internamente, são constituídos de amplificadores transistorizados em conexão série, O AOP é um componente eletrônico compacto construído da junção de resistores, capacitores e transistores.  Este componente em tempos passados era largamente utilizado para computar as operações matemáticas como a soma, integrações, etc. Por isso recebe o nome de Amplificador Operacional. De acordo com o avanço tecnológico o Operacional foi anexado ao nome devido a sua versatilidade em implementações antes complexas e nos mais variados projetos.

O AOP possui duas entradas e uma saída onde à função é apresentar na saída o múltiplo da diferença entre as duas entradas onde Av é o ganho de tensão do Amplificador Operacional.

CARACTERÍSTICAS DE UM AOP IDEAL

As propriedades de um circuito amplificador operacional ideal são:

a) ganho de tensão diferencial infinito

b) ganho de tensão de modo comum igual a zero

c) tensão de saída nula para tensão de entrada igual a zero

d) impedância de entrada infinita

e) impedância de saída igual à zero

f) faixa de passagem infinita

g) deslocamento de fase igual à zero

h) deriva nula da tensão de saída para variações de temperatura

Na prática, as limitações dos amplificadores operacionais são muitas, ocorrendo, entretanto, um contínuo aperfeiçoamento das características dos mesmos pelos seus fabricantes.

FUNCIONAMENTO DO AOP

O AOP tem a função de amplificar o resultado da diferença entre suas entradas, O exemplo acima está usando a diferença entre os dois sinais contínuos. Supondo que o ganho A seja de 100.000. Portanto a tensão de saída (V_O) será V_O = 100.000 (4,75mV – 4,8mV) = -5,0V. Por definição sempre o ganho A será positivo e sempre que V+ - V- for menor que zero a tensão de saída será negativa ou vice versa.

CARACTERÍSTICAS DE UM AOP REAL

GANHO DE TENSÃO

O ganho de tensão que é obtido através da relação entre a tensão de saída pela tensão de entrada.

TENSÃO DE OFFSET

Um AOP real tem a saída de um amplificador ideal nula, mas quando suas entradas estão em curto circuito. Nos amplificadores reais acontece um casamento de impedâncias imperfeito dos dispositivos de entrada normalmente diferencial a saída do AOP pode ser diferente de zero quando ambas as entradas assumem potencial zero. Significa dizer que há uma tensão CC equivalente, na entrada chamada de tensão de OFFSET. Os valores desta tensão normalmente nos amplificadores comerciais estão situados na faixa de 1 a 100mV os componentes comerciais estão dotados de entradas para ajuste da tensão de OFFSET.

SLEW RATE

Define-se SLEW RATE (SR) de um amplificador como sendo a máxima variação de tensão de saída por unidade de tempo. Normalmente o SR é dado em V/μs.

Em termos gerais, podemos dizer que o valor de SR nos dá a “velocidade” de resposta do amplificador. Quanto maior o SR, melhor será o amplificador.

O AOP 741 possui o SR = 0,5V/μs, o LF351 possui SR = 13V/μs e o LM318 possui SR=70V/μs.

Em textos nacionais costuma-se traduzir SLEW RATE por taxa de subida, taxa de resposta, taxa de giro, etc.

Para calcular o SR basta aplicar a formula abaixo:

SR = 2π. F. VP

Convém frisar que VP é a amplitude máxima ou valor de pico do sinal senoidal de saída.

A equação nos diz que a função SR (determinado pelo fabricante), o projetista deverá estabelecer um comprometimento entre as variáveis F e VP, ou seja, para F deve ser F fixado ter-se-á um valor máximo de VP e vice versa. Caso não observe este fato, o sinal de saída poderá sofre uma distorção acentuada, conforme a figura abaixo (no caso de onda senoidal).

OVERSHOOT

Finalmente, resta-nos considerar outra característica citada nos manuais dos fabricantes denominada OVERSHOOT, a qual costuma ser traduzida por “sobre passagem” ou “sobre disparo”. O OVERSHOOT é o valor, dado em porcentagem, que nos indica quanto o nível de tensão de saída foi ultrapassado durante a resposta transitória do circuito, ou seja, antes da saída atingir o estado permanente. Para o CI 741, o OVERSHOOT é da ordem de 5%. Convém frisar que o OVERSHOOT é um fenômeno prejudicial, principalmente quando se trabalha com sinais de baixo nível.