O “amplificador operacional” tem duas entradas diferentes e ganho muito alto. Willy descreve o símbolo e as propriedade de um amp-op. Amp-ops são a espinha dorsal de projetos de circuitos analógicos. 

Versão original criada por Willy McAllister.

Vamos falar sobre o amplificador operacional (ou Op-Amp, para facilitar), que é o “cavalo de batalha” da eletrônica analógica. O amplificador operacional é um tipo de amplificador, sendo que um amplificador é qualquer dispositivo no qual você insere um sinal eletrônico e obtém, na saída, uma versão amplificada desse sinal original.

Neste exemplo, temos um amplificador com um certo ganho. Com o sinal $x$ entrando, normalmente uma tensão ou corrente, o sinal que se obtém na saída será $A\times x$, onde $A$ é o ganho do amplificador. Esse ganho, que normalmente é o que chama a atenção, é o que nos interessa para obter uma versão amplificada do sinal de entrada.

Agora, vamos falar especificamente sobre o amplificador operacional. O símbolo utilizado para um amplificador operacional é um triângulo, que tem duas entradas: uma com sinal de “+” e a outra com sinal de “-“. Ele também tem uma saída e duas fontes de energia: uma fonte de tensão positiva e outra negativa. Esse é o símbolo abstrato para o amplificador operacional.

Existem algumas propriedades do amplificador operacional. A primeira é que o amplificador operacional tem um alto ganho, que geralmente é indicado pela letra $A$. Esse ganho pode variar de 10510^5105 a 10610^6106, o que significa que é um ganho muito alto. Outra característica importante dos amplificadores operacionais é que eles são usados em circuitos de realimentação. Vamos tratar de realimentação nos próximos vídeos, mas já fica claro que é uma aplicação comum dos amplificadores operacionais.

O terceiro fato importante sobre o amplificador operacional é que ele tem uma entrada diferencial, diferente da entrada single-ended, que possui apenas um fio. Para entender o que é uma entrada diferencial, vamos adicionar alguns nomes e símbolos ao nosso diagrama: a saída é chamada de VoutV_{out}Vout​ e as entradas são V+V_+V+​ e V−V_-V−​, que representam as tensões nas entradas positiva e negativa, respectivamente.

Uma entrada diferencial significa que o sinal de saída é proporcional à diferença entre as tensões de entrada. Ou seja, o sinal de saída (VoutV_{out}Vout​) será igual a A×(V+−V−)A times (V_+ – V_-)A×(V+​−V−​), onde $A$ é o ganho do amplificador.

Se observarmos graficamente o sinal de saída, podemos representar isso em um gráfico com a tensão de entrada (Vin=V+−V−V_{in} = V_+ – V_-Vin​=V+​−V−​) no eixo horizontal e a tensão de saída (VoutV_{out}Vout​) no eixo vertical. O gráfico seria uma reta com uma grande inclinação, sendo que a inclinação dessa reta é justamente o ganho $A$, que varia entre 10510^5105 e 10610^6106.

Entretanto, vale destacar que o sinal de saída não pode ultrapassar os limites da tensão de alimentação do amplificador. Quando o sinal de saída se aproxima dos limites de alimentação, o amplificador entra em saturação, o que é indicado por uma reta paralela ao eixo de saída. Esses limites são definidos pelas tensões de alimentação, V+V_{+}V+​ (tensão positiva) e V−V_{-}V−​ (tensão negativa).

Agora, falando mais detalhadamente sobre o que significa o símbolo do amplificador operacional e como ele é conectado no circuito: dentro do amplificador, existe uma corrente que, para um amplificador operacional ideal, é igual a zero — ou seja, não há corrente fluindo nas entradas. Essa é a segunda propriedade importante do amplificador operacional. A primeira é que a tensão de saída VoutV_{out}Vout​ é igual ao ganho $A$ vezes a diferença entre as tensões de entrada V+V_+V+​ e V−V_-V−​.

Em termos de equações, temos:

Vout=A×(V+−V−)V_{out} = A times (V_+ – V_-)Vout​=A×(V+​−V−​)

Ou seja, a tensão de saída é determinada pela diferença entre as tensões de entrada, multiplicada pelo ganho do amplificador.

Agora, você pode se perguntar o que há dentro de um amplificador operacional. Bem, ele é composto por cerca de 20 a 50 transistores, além de resistores e, em alguns casos, capacitores. Os projetos de amplificadores operacionais são realmente complexos, mas, neste momento, se focarmos nessas duas propriedades principais, já estaremos aptos a usar esses circuitos, mesmo sem entender exatamente o que está acontecendo dentro deles.

Vamos ver agora como o amplificador operacional pode ser conectado a um circuito. Em um circuito real, temos as duas fontes de alimentação, V+V_{+}V+​ e V−V_{-}V−​, que são típicas de circuitos de amplificadores operacionais. Essas fontes são conectadas entre si e ao terra, que é a referência de tensão.

Quando medimos a tensão de saída, VoutV_{out}Vout​, medimos em relação ao ponto de referência (terra). Se a fonte de alimentação for de $+12\text{V}$ e $-12\text{V}$, o amplificador operacional vai operar entre esses dois limites de tensão.

Agora, ao representarmos o amplificador operacional de maneira mais simples, podemos usar o símbolo com os três terminais principais: V+V_+V+​, V−V_-V−​, e VoutV_{out}Vout​, e assumir que as fontes de alimentação estão conectadas como descrito anteriormente.

Lembre-se de que o amplificador operacional funciona com um ganho muito grande e com uma entrada diferencial. A tensão de saída é diretamente proporcional à diferença entre as tensões nas entradas, e a variação na entrada não inversora causa uma variação na saída de forma direta, enquanto a variação na entrada inversora tem o efeito oposto.

Nos próximos vídeos, vamos conectar o amplificador operacional em circuitos práticos e demonstrar seu funcionamento. Até lá!

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