Amp op

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== Amp Op == A princípio os amp ops (amplificadores operacionais) eram constituídos por complexos circuitos discretos, com custo extremamente alto para aplicações e não eram confiáveis. Porém, na década de 60, surgui o primeiro amp op em CI (circuito integrado), este por um custo mais acessível (mas relativamente alto). Com o tempo, os amp ops começaram a ser mais utilizados em projetos, forçando os fabricantes a melhorarem sua construção e diminuírem seu custo, tudo isso devido a sua grande versatilidade na eletrônica em geral.

Um amplificador operacional ou amp op é um amplificador com um ganho muito alto que possui duas entradas, uma inversora (-) e uma não inversora (+). A tensão de saída é a diferença entre as entradas + e - , multiplicado pelo ganho em malha aberta:

Formula.jpg

A saída do amplificador pode ser única ou diferencial, o que é menos comum. Os circuitos que utilizam amp ops freqüentemente utilizam a realimentação negativa (negative feedback). Porque devido ao seu ganho elevado, o comportamento destes amplificadores é quase totalmente determinado pelos elementos de realimentação (feedback).

===Encapsulamento=== O amp op 741 é um dos mais utilizados, este possui dois terminais de entrada e um de saída, além da necessidade de uma alimentação (Vcc) e uma referencia (Terra). Há também um pino que não é conectado.

Amp op 741.jpg

Na foto, é mostrado o Vcc positivo, normalmente usado como alimentação e o Vcc negativo, que geralmente é conectado ao terra para sinalizar a referencia. Mostram-se as entradas 1 e 2 (respectivamente a entrada inversora e não-inversora), a saída e os offsets.

Foto 741.jpg

Ignorando outras funcionalidades do amp op, mostraremos apenas sua característica básica: o comparador.

Fixando a entrada não inversora (entrada 2) ao terra, juntamente com o Vcc negativo. Amp op.jpg

O amplificador operacional ideal

O amplificador operacional ideal tem um ganho infinito em malha aberta, largura de banda infinita, impedância de entrada infinita, impedância de saída nula e nenhum ruído, assim como offset de entrada é zero (exatamente 0 V na saída quando as duas entradas forem exatamente iguais) e nenhuma interferência térmica. Os circuitos integrados de amp ops utilizando MOSFETs (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, ou transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor) são os que mais se aproximam destes valores ideais em limites de largura de banda.
Um símbolo elétrico para o amplificador operacional é mostrado abaixo:

Amp op2.jpg

Os seus terminais são:

  • V+: entrada não-inversora
  • V−: entrada inversora
  • Vout: saída
  • VS+: alimentação positiva
  • VS−: alimentação negativa

Os pinos de alimentação (VS+ e VS−) podem ser nomeados de diferentes formas. Para amp ops baseados em tecnologia FET, o positivo, ou alimentação de dreno comum é chamado do VDD e o negativo, ou alimentação de fonte comum é chamada de VSS. Para amp ops baseados em TBJ (BJT), o pino VS+ torna-se VCC e o pino VS− torna-se VEE. Eles são muitas vezes chamados VCC+ e VCC−, ou mesmo V+ e V−, no caso de as entradas serem nomeadas diferentemente, a função permanecerá a mesma. Muitas vezes estes pinos são retirados dos esquemas elétricos para uma maior claridade, e a configuração de alimentação é dada ou previsível através do circuito. A posição dos pinos de polaridade pode ser invertida em diagramas para uma maior claridade. Neste caso, os pinos de alimentação continuaram na mesma posição: o pino de alimentação mais positivo é sempre no topo, e o pino de alimentação mais negativo na parte inferior. O símbolo inteiro não é invertido, apenas as suas entradas de alimentação.

Comportamento em Corrente Alternada

O ganho do amp op calculado em CC não se aplica a corrente alternada a freqüências mais altas. Isto ocorre devido às limitações do componente, tais como sua largura de banda finita, e às características em CA do circuito aonde é colocado. O problema mais conhecido no desenvolvimento de projetos com amp ops é a tendência de estes ressonarem a altas freqüências, Aonde mudanças na realimentação negativa mudam para realimentação positiva devido à mudança de fase. Os amp ops típicos, de baixo custo possuem uma largura de banda de alguns MHz. Amp ops específicos e de alta velocidade podem atingir uma largura de banda de centenas de MHz. Para circuitos de freqüência muito alta, um tipo completamente diferente de amp op, chamado amplificador operacional de realimentação de corrente é freqüentemente usado.

O circuito básico do amp op

O amplificador operacional genérico possui duas entradas e uma saída. A tensão de saída é um múltiplo da diferença entre as duas entradas (alguns são feitos com saídas diferenciais flutuantes): Vout = G(V+ − V−) G é o ganho em malha aberta do amp op. Assumimos que as entrada possuem impedância muito alta; uma corrente desprezível irá fluir para dentro e para fora das entradas. As saídas do amp op possuem uma impedância muito baixa. Se a saída é conectada à entrada inversora, após passar por um divisor de tensão K = R1 / (R1 + R2), então:

Circuitobasico2.jpg

V+ = Vin

V− = K Vout

Vout = G(Vin − K Vout)

Fazendo para Vout / Vin, vemos que o resultado é um amplificador linear com ganho:

Vout / Vin = G / (1 + G K)

Se G é muito grande, Vout / Vin se aproxima de 1 / K, que é igual a 1 + (R2 / R1). Esta conexão de realimentação negativa é o uso mais comum de um amp op, porém muitas configurações diferentes são possíveis, fazendo dele um dos mais versáteis blocos de construção em eletrônica. Quando conectado em uma configuração de realimentação negativa, o amp op irá tentar mudar a tensão de Vout de modo a deixar as tensões de entrada iguais. Isto, aliado à alta impedância de entrada, são muitas vezes chamados de "as duas regras douradas" dos projetos com amp ops (para circuito que utilizam realimentação):

  1. Nenhuma corrente irá fluir nas entradas.
  2. As tensões nas duas entradas serão iguais.

Uma exceção ocorre caso a tensão necessária para esta situação seja maior do que a alimentação do amp op, neste caso a tensão do sinal de saída se fixa perto dos extremos da alimentação, VS+ ou VS−.

Bibliografia

SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. São Paulo: Makron Books, 2000.

BUSCAKI. Disponivel: <http://www.buscaki.com.br/links/ciencia_tecnologia/engenharia_eletrica.html>. Acesso em 09/09/2006.