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Sobre a Aula
Um amp-op pode ser útil para amplificar a tensão. O ganho é determinado pela razão entre os dois resistores.
Versão original criada por Willy McAllister.
Vamos falar sobre o nosso primeiro circuito de amplificador operacional. Aqui está como o circuito deve se parecer: temos um sinal positivo, e na parte superior, uma fonte de tensão. Aqui, temos a tensão de entrada VinV_{in}, que é o nosso sinal de entrada, e na saída, temos o VoutV_{out}. O circuito é montado com dois resistores e a entrada inversora conectada. Vamos analisar esse circuito e entender o que ele faz.
Sabemos que, nesses pontos, estão conectados os terminais da fonte de alimentação do circuito. Lembre-se de que o terra tem 0 volts. Agora, vamos analisar este circuito. Sabemos que a tensão de saída VoutV_{out} é igual a um certo ganho AA, que é um número relativamente grande, vezes a diferença entre V+V_+ e V−V_- (ou seja, Vout=A×(V+−V−)V_{out} = A times (V_+ – V_-)). Vamos indicar aqui as tensões V+V_+ e V−V_- nas entradas do amplificador operacional.
Sabemos que, no amplificador operacional ideal, as correntes nas entradas I+I_+ e I−I_- são zero. Isso é uma característica do amplificador operacional ideal: as correntes nas entradas não fluem. Agora, vamos explorar o que acontece dentro do símbolo triangular do amplificador operacional. Vamos desenhar um modelo simplificado do amplificador operacional.
O amplificador operacional possui uma fonte de tensão dependente ou controlada, representada por um símbolo em forma de diamante. A fonte de tensão controlada tem a mesma ideia de uma fonte de tensão comum, exceto pelo detalhe de que a tensão de saída VoutV_{out} depende da diferença de tensão nas entradas V+V_+ e V−V_-, ou seja, Vout=A×(V+−V−)V_{out} = A times (V_+ – V_-). Esse comportamento é típico de uma fonte de tensão controlada.
Agora, vamos analisar o circuito com os resistores R1R_1 e R2R_2, que formam um divisor de tensão. O ponto V−V_- (na entrada inversora) está conectado a esse divisor de tensão. Sabemos que, devido ao amplificador operacional, as correntes nas entradas são zero. Portanto, podemos usar a expressão do divisor de tensão para determinar o valor de V−V_-:
V−=Vout×R2R1+R2V_- = V_{out} times frac{R_2}{R_1 + R_2}
Esta é a expressão do divisor de tensão, que nos diz que V−V_- depende da tensão VoutV_{out} e da razão entre os resistores R1R_1 e R2R_2. Agora, substituímos esta expressão de V−V_- na equação do amplificador operacional:
Vout=A×(V+−V−)V_{out} = A times (V_+ – V_-)
Substituímos o valor de V−V_- na equação:
Vout=A×(V+−Vout×R2R1+R2)V_{out} = A times left( V_+ – V_{out} times frac{R_2}{R_1 + R_2} right)
Agora, vamos reorganizar essa equação para resolver VoutV_{out} em termos de V+V_+:
Vout(1+A×R2R1+R2)=A×V+V_{out} left( 1 + A times frac{R_2}{R_1 + R_2} right) = A times V_+
Agora, isolando VoutV_{out}, temos:
Vout=A×V+1+R2R1+R2×AV_{out} = frac{A times V_+}{1 + frac{R_2}{R_1 + R_2} times A}
Até aqui, essa expressão nos dá VoutV_{out} em função de V+V_+, AA, R1R_1, e R2R_2. Agora, se AA for muito grande (o que é típico para amplificadores operacionais), o termo R2R1+R2×Afrac{R_2}{R_1 + R_2} times A será muito grande comparado com 1, e podemos aproximar a expressão da seguinte forma:
Vout≈A×R2R1V_{out} approx A times frac{R_2}{R_1}
Essa é a expressão final para o ganho do amplificador operacional. O ganho é determinado pela razão entre os resistores R2R_2 e R1R_1, e como AA é muito grande, o termo 11 pode ser desconsiderado.
Exemplo de Amplificador Não Inversor
Como exemplo, se R1R_1 e R2R_2 têm o mesmo valor, digamos R1=R2=RR_1 = R_2 = R, a expressão para VoutV_{out} se torna:
Vout=A×RR=AV_{out} = A times frac{R}{R} = A
Ou seja, o ganho é simplesmente AA, e o amplificador operacional está amplificando o sinal de entrada.
Conclusão
O amplificador operacional não inversor tem essa configuração simples com dois resistores, onde o ganho é dado pela razão R2R1frac{R_2}{R_1}. Como o amplificador operacional tem um ganho muito grande, ele pode ser usado para amplificar sinais de maneira bastante eficiente, controlando esse ganho através dos resistores.
Este é apenas um dos muitos tipos de circuitos que podemos criar com amplificadores operacionais, e esse modelo vai aparecer com frequência no estudo e no projeto de circuitos eletrônicos. Nos próximos vídeos, veremos mais aplicações práticas e como conectar os amplificadores operacionais em outros tipos de circuitos.
Até o próximo vídeo!