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Sobre a Aula
A ideia de uma “terra virtual” assume algumas simplificações, nos dando uma maneira simples e elegante de ver os circuitos amp-op.
Versão original criada por Willy McAllister.
Vamos dar uma olhada em dois circuitos de amplificador operacional e observar como essas coisas se comportam quando funcionam corretamente. Quando estão conectados da maneira certa, esses circuitos nos oferecem algumas vantagens importantes, que tornam as coisas mais simples para nós. Vamos assumir que temos um ganho AA de 10610^6, ou seja, 1 milhão — um ganho bem alto. Vamos considerar que temos uma tensão de saída real de 6 volts. Lembre-se de que não estamos representando as fontes de alimentação nos diagramas dos circuitos. Nas fontes de alimentação desses circuitos, por exemplo, podemos ter +12 e -12 volts. As fontes de alimentação estão implícitas, não são mostradas no diagrama, mas existem. Vamos usar a simbologia de sempre: aqui teremos V+V_+, e aqui V−V_-. Neste terminal, a tensão de entrada é a diferença V+−V−V_+ – V_-, e como podemos expressar VeV_e em termos de VoutV_{out} (tensão de saída)?
Sabemos que Ve=VoutAV_e = frac{V_{out}}{A}, ou seja, Ve=6 volts106V_e = frac{6 text{ volts}}{10^6}, o que nos dá 6 microvolts. Então, temos 6 volts na tensão de saída real e 6 microvolts na tensão de entrada VeV_e. Esses 6 microvolts representam uma tensão muito baixa. Para que, neste amplificador operacional, a tensão de saída real esteja entre +12 e -12 volts, a tensão de entrada precisa ser extremamente pequena. Veja que está na ordem dos microvolts. Como eu sou um engenheiro muito prático, posso considerar esses 6 microvolts como uma quantidade muito pequena, podendo ser aproximada a 0 volts na tensão de entrada VeV_e. A conclusão é que VeV_e é praticamente zero, o que implica que V+V_+ tem de ser uma tensão muito próxima de V−V_-.
Agora, vamos aplicar essa ideia de que V+V_+ é muito próximo de V−V_- neste outro amplificador operacional, nesta outra configuração de amplificador operacional inversor. Aqui temos V+V_+ e V−V_-, e neste circuito vamos fazer a mesma análise que fizemos anteriormente. Consideremos que a tensão de saída VoutV_{out} seja de 6 volts, o que significa que a diferença V+−V−V_+ – V_- é igual a 6 volts106frac{6 text{ volts}}{10^6}, ou seja, 6 microvolts. Assim, a tensão de entrada VeV_e também é de 6 microvolts, da mesma forma que no circuito do amplificador operacional anterior.
Novamente, devido ao enorme ganho desse amplificador, essa diferença será sempre um número muito pequeno e, portanto, podemos aproximá-la a zero. Assim, considerando que V−V_- é praticamente zero, podemos tratar V−V_- como sendo zero. Portanto, a tensão de entrada VeV_e pode ser considerada como 0 volts.
Agora, outra observação importante. Sabemos que V+=0V_+ = 0, porque ele está ligado ao terra. Com base nos resultados que já discutimos, também podemos concluir que V−=0V_- = 0, porque é praticamente igual a V+V_+. Portanto, neste ponto do circuito, temos 0 volts. Este ponto está conectado ao terra? Não, ele não está conectado ao terra, mas tem 0 volts. Isso ocorre porque o amplificador operacional nos garante isso, através da realimentação do circuito. O amplificador operacional garante que esse nó estará sempre próximo de zero volts.
Essa situação é descrita por um termo muito interessante: terra virtual. O que isso significa? Significa que, embora o nó não esteja fisicamente conectado ao terra, ele se comporta como se estivesse. Por isso, chamamos essa situação de terra virtual.
Essas duas ideias são equivalentes: V+V_+ é praticamente igual a V−V_-, e essa é sempre a situação que temos na entrada de um amplificador operacional quando ele está funcionando corretamente. Em particular, para esta configuração de amplificador operacional, em que o terminal positivo está conectado ao terra, o terminal negativo V−V_- é considerado um terra virtual.
No próximo vídeo, vou retomar essa configuração de amplificador operacional com a ideia de terra virtual. Vai ser muito mais fácil do que o que fizemos até agora. Até lá!