Amplificadores Operacionais

Introdução

Um componente que muitas vezes é utilizado em circuitos comerciais que utilizam eletrônica analógica, é o amplificador operacional. Um componente tão versátil que sua própria história se encarrega de fazer sua fama.

Podem ser utilizados para amplificar um sinal de baixa potência, adicionar uma entrada de alta impedância à um circuito, proteger a entrada analógica de microcontroladores entre outras funções importantes quando se trata de eletrônica em geral, principalmente analógica.

São utilizados nos mais diversos circuitos como medidores de temperatura, circuitos com áudio e entradas e saídas analógicas de microcontroladores.

Sua história vem desde os anos de 1960, onde foram desenvolvidos para fazer operações matemáticas em computadores analógicos. Eram fabricados utilizando válvulas termiônicas, que eram a tecnologia da época, sendo em seguida substituídos por transistores.

Olhando para sua simbologia básica, vemos que possui diversas conexões, temos duas entradas indicadas pelos símbolos de positivo “+” e negativo “-“, e serão chamadas de entrada inversora (-) e entrada não-inversora (+), onde serão injetados os sinais para o amplificador operacional.

Olhando o esquema de um LM358 podemos ver como são.

Fonte: Datasheet LM358 – Texas Instruments

Este circuito integrado possui dois amplificadores no mesmo encapsulamento.
As duas entradas trabalharão juntas, serão chamadas então entradas diferenciais, a saída será a diferença do valor dessas duas entradas, multiplicada por um ganho.
Ou seja:
Vsaída = Ventrada * Ganho

Idealmente o amplificador operacional possui três características principais básicas:
– Impedância infinita nas entradas.
– Impedância zero na saída.
– Ganho infinito

Na prática esses valores não são alcançados. Um ganho típico de um amplificador operacional real em malha aberta chega na ordem de 100.000 ou mais, dependendo do modelo do circuito integrado.

Amplificador não-inversor

Esse valor de ganho é muito alto para se trabalhar em aplicações práticas, por isso podemos ter circuitos em malha fechada, onde com a ajuda de resistores podemos controlar o ganho, ajustando da forma que nosso circuito precise, como no circuito amplificador não- inversor:

Para este circuito já conseguimos controlar a saída por um modelo matemático, a saída será dada pela seguinte fórmula:

Vsaída = Ventrada * (1+ (R1/R2))

Por exemplo, se R1=10000 e R2=5000

Teremos:

Vsaída = Ventrada * (1+(10000/5000))

Vsaída = Ventrada * 3

O ganho será 3, ou seja, a saída será 3 vezes maior que a entrada, limitada pelo valor da alimentação do circuito, esses resistores podem ser alterados para satisfazer a necessidade dos circuitos em uso.

Dessa forma podemos controlar a forma como a saída se comporta e assim quantas vezes a entrada será amplificada.

Esse circuito pode ser utilizado para amplificar sinais de sensores de baixa potência e microfones, por exemplo.

Amplificador inversor

Outro circuito básico com os amplificadores operacionais se chama amplificador inversor, nessa configuração o sinal utiliza a entrada inversora do amplificador, então a saída terá um valor com sinal invertido.

Obviamente para esta configuração devemos utilizar uma fonte simétrica para alimentar o circuito( fontes com alimentação positiva e negativa ).

Para este circuito, a saída será dada pela seguinte fórmula (repare no sinal negativo, indicando a inversão do sinal):

Vsaída = – Ventrada * (R1/R2)

Por exemplo, se R1=10000 e R2=5000

Teremos:

Vsaída = – Ventrada * (10000/5000)

Vsaída = – Ventrada * 2

Conclusão

Em um primeiro momento trabalhar diretamente com circuitos integrados pode parecer uma coisa complicada de se fazer, porém com um pouco de conhecimento podemos descobrir novos horizontes para nossos projetos e dar um passo a mais na nossa caminhada e ainda adicionar mais confiabilidade para nosso circuito.

Sobre o Autor

Elder Paes Engenheiro Eletricista, pós graduado em Eletrônica e Automação