Usando a ideia do “terra virtual”, reexaminamos o amp-op inversor e encontramos uma solução muito mais rapidamente. Aplicamos o método de terra virtual para um buffer de ganho unitário (amplificador com ganho = 1). 

Versão original criada por Willy McAllister.

Vamos fazer uma análise novamente dessa configuração de amplificador operacional, usando a ideia de terra virtual. A ideia de terra virtual facilita bastante o trabalho ao analisar um circuito como este. Para revisar a ideia de terra virtual, vamos considerar que a tensão de saída VoutV_{out}Vout​ esteja em uma faixa razoável, entre as tensões da fonte de alimentação. Lembre-se de que as fontes de alimentação não aparecem aqui no circuito, mas elas estão conectadas aos terminais do amplificador operacional. Por exemplo, a tensão de saída pode estar em uma faixa entre +10 e -10 volts, que seria a tensão fornecida pela fonte de alimentação.

O ganho deste amplificador operacional é um número bastante grande, indicado pela letra $A$. Quando temos uma tensão de saída normal, dentro de uma faixa aceitável, a tensão de entrada aqui é muito próxima de zero, da ordem de poucos microvolts. Com a ideia de terra virtual, podemos dizer que, se este nó está a 0 volts porque está conectado ao terra, então, neste terminal negativo do amplificador operacional, também temos 0 volts. Isso faz com que tenhamos um terra virtual, e podemos concluir que V+V_+V+​ é aproximadamente igual a V−V_-V−​.

Há um pequeno símbolo no esquema que pode ajudar bastante, que indica que a tensão entre os terminais V+V_+V+​ e V−V_-V−​ é praticamente zero. Esse símbolo é simples, mas nos lembra que esses dois nós têm a mesma tensão.

Agora, vamos à análise novamente. Temos aqui um resistor, que chamaremos de R1R_1R1​. Neste outro, chamaremos de R2R_2R2​. Temos uma corrente $I$ fluindo por aqui. Podemos escrever uma expressão para a corrente, lembrando que a tensão neste lado do circuito VeV_eVe​ e logo após o segundo terminal de R1R_1R1​ é exatamente 0 volts, porque está conectado ao terra virtual. Portanto, a corrente será igual à diferença entre as tensões Ve−0V_e – 0Ve​−0 volts, o que nos dá:

I=VeR1I = frac{V_e}{R_1}I=R1​Ve​​

Agora, lembre-se de outra informação importante sobre amplificadores operacionais: a corrente que entra na entrada do amplificador operacional ideal é zero. Em um amplificador operacional real, haveria uma corrente muito, muito pequena, mas podemos tratá-la como zero aqui. Isso significa que a corrente $I$ também passa pelo resistor R2R_2R2​. Vamos escrever uma expressão para a corrente $I$ que passa pelo resistor R2R_2R2​. Precisamos, então, das tensões nos terminais de R2R_2R2​.

No segundo terminal de R2R_2R2​, temos a tensão VoutV_{out}Vout​. No primeiro terminal, à esquerda de R2R_2R2​, a tensão é 0 volts, pois está conectado ao terra virtual. Então, a corrente $I$ que passa pelo resistor R2R_2R2​ será:

I=0−VoutR2I = frac{0 – V_{out}}{R_2}I=R2​0−Vout​​

Ou seja:

I=−VoutR2I = – frac{V_{out}}{R_2}I=−R2​Vout​​

Agora, como a corrente $I$ é a mesma nos dois resistores, podemos igualar essas duas expressões:

VeR1=−VoutR2frac{V_e}{R_1} = – frac{V_{out}}{R_2}R1​Ve​​=−R2​Vout​​

O que procuramos aqui é uma expressão para VoutV_{out}Vout​ em função de VeV_eVe​. Vamos isolar VoutV_{out}Vout​:

Vout=−R2R1×VeV_{out} = – frac{R_2}{R_1} times V_eVout​=−R1​R2​​×Ve​

Essa é a expressão para VoutV_{out}Vout​ em função de VeV_eVe​ para o amplificador operacional inversor. Agora, usando a ideia de terra virtual, a análise se torna muito simples. Fizemos apenas três passos para chegar à resposta. Compare isso com o trabalho mais longo que fizemos nos vídeos anteriores.

Esse é um exemplo de aplicação da ideia de terra virtual para analisar um circuito com amplificador operacional. Vamos fazer mais uma análise.

Temos aqui uma configuração diferente de amplificador operacional. A primeira coisa a observar é que temos o sinal positivo para cima. Sempre preste atenção para ver onde está o sinal de cada terminal do amplificador operacional. Temos VeV_eVe​ aqui, como sempre, e VoutV_{out}Vout​ aqui. De novo, queremos saber como VoutV_{out}Vout​ se relaciona com VeV_eVe​.

Observe que, neste circuito, não temos resistores. Vamos aplicar a ideia de terra virtual, desenhando o símbolo de terra virtual. Esse símbolo nos lembra que, nesses dois terminais, a tensão é a mesma, ou seja, há uma queda de tensão de zero volts entre eles.

Agora, vamos descobrir o que é VoutV_{out}Vout​. VoutV_{out}Vout​ é a mesma tensão que temos neste terminal, que é praticamente a mesma que temos neste outro terminal, onde temos o sinal de mais. A tensão que temos na entrada é VeV_eVe​. Então, podemos concluir que:

Vout=VeV_{out} = V_eVout​=Ve​

Com a ideia de terra virtual, em um único passo, temos a resposta. Essa configuração é chamada de buffer de ganho unitário ou amplificador operacional de ganho unitário. Esse nome é uma forma mais elaborada de dizer que o ganho deste circuito é 1, ou seja, é unitário.

Então, esse é um exemplo de buffer de ganho unitário, e usamos a ideia de terra virtual para analisá-lo de maneira praticamente instantânea. Até o próximo vídeo!

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