Amplificador Operacional(Bueno)

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Amplificador operacionalOs amplificadores operacionais so um exemplo caracterstico de circuito eletrnicofornecido sob a forma de circuito integrado.Neste captulo voc ter informaes detalhadas sobre os amplificadores operacionais, suas caractersticas e modo de utilizao. Com essas informaes, voc ser capaz de utilizar e reparar equipamentos que os empreguem.Para aprender esses contedos com mais facilidade, voc dever ter conhecimentos anteriores sobre circuito integrado e relao de fase entre sinais.O amplificador operacional, tambm chamado de AO, um CI com caractersticas que o aproximam s de um amplificador ideal.(Figura a seguir)

um circuito verstil, aplicvel em muitas reas especficas da eletrnica, tais como: instrumentao, circuitos industriais, circuitos de udio, circuitos eletrnicos para clculo e filtros de sinais.A denominao amplificador operacional deve-se ao fato de que esses circuitos foram utilizados inicialmente para realizar operaes matemticas como adio, subtrao e multiplicao.Terminais do amplificador operacionalO smbolo utilizado para representar o amplificador operacional um tringulo que aponta no sentido do fluxo de sinal. Ao tringulo so acrescentados terminais que apresentam os pontos de conexo com o circuito externo.Existem fundamentalmente cinco terminais que fazem parte de todos os tipos de amplificadores operacionais:Dois terminais de alimentao;Um terminal de sada;Um terminal de entrada no-inversora;Um terminal de entrada inversora.Veja a distribuio desses pinos na figura a seguir.

Terminais de alimentaoOs amplificadores operacionais apresentam uma caracterstica singular em relao s tenses de alimentao, ou seja, eles so alimentados por duas tenses simtricas (por exemplo: +15 e -15V).A figura a seguir ilustra uma forma comum de alimentao de um AO a partir de uma fonte simtrica.

Observe que os AOs no so ligados diretamente ao terra ou 0V da fonte simtrica. O prprio circuito interno do componente obtm o terra. (Figura a seguir)

Isso no significa que os outros componentes ou circuitos que estejam ligados ao AO no necessitem de terra. O terra para o circuito externo fornecido no terminal 0 de fonte simtrica.Veja na figura a seguir um exemplo de um circuito onde existem componentes externos ligados ao terra.

Terminais de entradaA finalidade de um amplificador operacional realizar uma amplificao tanto de tenses contnuas quanto alternadas. Isso acontece de tal forma que a relao de fase depende da maneira como so ligadas as suas entradas.Assim, os amplificadores operacionais possuem duas entradas de sinal:Uma entrada inversora, indicada pelo sinal - no smbolo do componente;Uma entrada no-inversora indicada pelo sinal +.Para os sinais ou tenses aplicadas na entrada inversora (-), o AO se comporta como um amplificador com relao de fase de 180 entre sada e entrada, ou seja, se o sinal aplicado na entrada - torna-se mais positivo, o sinal de sada torna-se mais negativo. (Figura a seguir)

Para os sinais aplicados entrada no-inversora (+), o AO se comporta como um amplificador com relao de fase de 00entre a sada e a entrada, ou seja, se o sinal aplicado na entrada + torna-se mais positivo, o sinal de sada torna-se mais positivo. (Figura a seguir)

Quando o sinal aplicado entre uma entrada e outra, o AO atua como amplificador diferencial, amplificando a diferena entre as duas tenses de entrada.Caractersticas do amplificador operacionalAs caractersticas (ou parmetros) de um AO so informaes fornecidas pelos fabricantes. Elas possibilitam ao usurio determinar entre diversos AOs aquele que melhor se aplica sua necessidade.As caractersticas mais importantes so:Impedncia de entrada;Impedncia de sada;Ganho de tenso diferencial em malha aberta;Tenso offset de sada;Rejeio de modo comum;Banda de passagem.Essas caractersticas podem ser analisadas segundo dois pontos de vista: considerando o AO como ideal ou considerando-o como real. Por isso, as caractersticas a seguir sero analisadas segundo uma comparao entre o ideal e o real.A impedncia de entrada aquela que existe entre os terminais de entrada do amplificador operacional. denominada Zi.Um amplificador operacional ideal deve apresentar impedncia de entrada infinita (Zi =). Nesse caso, as entradas de sinal no absorvem corrente, operando apenas com tenso.

Como Zi =, Ii=, logo Ii = 0Os amplificadores operacionais reais tm uma impedncia de entrada da ordem de vrios megaohms (MM).Devido a esse alto valor de Zi, os amplificadores operacionais reais podem ser considerados como ideais em relao impedncia de entrada. Essa aproximao do ideal permite que se admita que as entradas de um AO real no absorvam corrente.A impedncia de sada a impedncia do estgio de sada do AO (Zo). No nvel de circuito equivalente, a impedncia de sada pode ser representada como um resistor em srie com o terminal de sada (Zo). (Figura a seguir)

Um amplificador operacional ideal deve apresentar impedncia de sada nula(zero), ou seja, comporta-se como uma fonte de tenso ideal para a carga, sem resistncia interna. (Figura a seguir)

Isso permite que a tenso na sada de um AO ideal dependa apenas dos sinais de entrada e da amplificao, sendo independente da corrente solicitada pela carga. (Figura a seguir).

Em um amplificador operacional real, a impedncia de sada existe e pode variar desde poucos ohms (5, por exemplo) at valores como 1000. Essa impedncia atua como uma resistncia interna e provoca uma queda na tenso de sada.Portanto, a tenso VOna sada de um AO real depende:Das tenses nas entradas;Do ganho do AO;Da corrente solicitada pela carga.ObservaoAtravs de recursos externos ao AO, em alguns casos, pode-se reduzir a impedncia de sada para menos de 1.O sinal a ser amplificado por um AO pode ser aplicado de trs maneiras:Entre entrada inversora (-) e terra;Entre entrada no-inversora (+) e terra;Entre as duas entradas.Quando o sinal aplicado entre uma entrada e a outra, o amplificador atua como amplificador diferencial, amplificando a diferena entre as duas tenses de entrada.Nessa condio o ganho obtido entre sada e entrada denominado de ganho de tenso diferencial e pode ser de dois tipos: em malha aberta e em malha fechada.Nos databooks (circuitos lineares) os fabricantes fornecem o ganho de tenso diferencial em malha aberta (Ad), que a amplificao fornecida pelo AO quando no h ligao externa entre o terminal de sada e entrada (sem realimentao).O ganho de tenso diferencial em malha aberta de um AO ideal deve ser infinito (Ad =).O ganho de tenso diferencial em malha aberta em um AO real varia entre 103e 109. Nos manuais este ganho normalmente expresso em decibis:db = 20 . logO ganho fornecido por um AO pode ser diminudo desde o valor Ad (ganho diferencial em malha aberta) at o valor 1, se necessrio. Essa reduo obtida pela realimentao fornecida por componentes externos ao AO e que interligam a sada com a entrada.Veja o circuito amplificador com AO e com componentes para realimentao (malha fechada). (Figura a seguir)

ObservaoEsta uma das caractersticas mais importantes de um AO: o ganho em malha fechada definido somente pelos componentes externos que fazem a realimentao.A tenso offset de sada qualquer valor de tenso que esteja presente na sada de um AO que tem as entradas aterradas (a zero volt).Em um AO ideal, a tenso offset de sada nula, ou seja, a sada deve estar a zero volt se ambas as entradas forem levadas ao potencial de terra.No AO real a tenso offset da ordem de poucos milivolts.Alguns amplificadores operacionais tm terminais que possibilitam, atravs de circuitos externos, ajustar a tenso de sada para zero quando as entradas forem levadas ao potencial de terra. Este ajuste normalmente denominado de offset null.A figura a seguir mostra smbolo de um AO com dois terminais especficos para esse ajuste.

A rejeio de modo comum (CMRR) a capacidade que um amplificador operacional tem de no amplificar tenses que sejam comuns s duas entradas porque no h diferena a ser amplificada.A rejeio de modo comum tambm conhecida como ganho de modo comum (AVCM).Um amplificador operacional ideal deve ter uma rejeio de modo comum infinita (CMRR =), amplificando apenas a diferena entre a tenso das duas entradas.Um amplificador operacional real amplifica tambm as tenses comuns aos dois terminais de entrada, mas com ganho muito menor (centenas de vezes menor).Como o ganho diferencial no constante ao longo de todas as faixas de freqncias amplificadas, denomina-se banda de passagem a faixa de freqncias em que o ganho do circuito se mantm at 70% do ganho mximo (que corresponde a - 3db em relao ao mximo). O grfico a seguir mostra o ganho de um AO em funo da freqncia amplificada.

Por esse grfico se observa que at 5Hz o ganho do AO constante (106dB= 20000). A partir de 5Hz, o ganho decresce com aumento da freqncia at que em 1MHz, o ganho igual a 1.Existem configuraes de ligao do AO que permitem estender a banda de passagem para at centenas de quilohertz e at mesmo megahertz, no caso de alguns amplificadores operacionais especiais.Amplificador operacional 741Um dos amplificadores operacionais mais usados na atualidade o 741. Seu campo de aplicao to extenso que um grande nmero de fabricantes de circuitos integrados produz amplificadores operacionais com caractersticas e designaes praticamente idnticas (MA 741, LM 741, MC 741, SN 72741).Uma anlise comparativa entre o 741 e um AO ideal mostra que, em muitas caractersticas o 741 pode ser considerado como ideal. Isso mostrado na tabela a seguir.CaractersticaIdeal741

Impedncia de entrada (Zi)()2M

Impedncia de sada (Zo)0 ()75

Ganho em malha aberta (Avol)106dB (200000)

Rejeio de modo comum90dB

Outras caractersticasAlm das caractersticas internas importantes, os manuais trazem especificaes relativas aos fatores externos ao amplificador operacional. Esses valores so mximos e, se excedidos, podem danificar permanentemente o co