Neste texto vou apresentar o amplificador operacional conectado com realimentação negativa em modo não inversor, ou seja, a tensão de saída não é invertida em relação a de entrada.
O amplificador operacional (também chamado de AOp ou Amp Op) é um tipo de circuito capaz de amplificar sinais elétricos. Encontrado em encapsulamento integrado, possui uma infinidade de aplicações.
O Amp Op em modo não inversor é um amplificador, onde, o sinal de entrada é amplificado de acordo com um certo ganho de sinal. O ganho de sinal é o quanto o sinal de saída é maior do que o sinal de entrada. O que pode ser escrito como:
$$\begin{equation}V_{out} = Acl*V_{in}\end{equation}$$
O circuito básico de um amplificador não inversor é apresentado na figura a seguir.
O ganho deste circuito é dado por:
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{R_1}{R_2}+1\end{equation} $$
Fixando-se $R_1$ ou $R_2$ podemos determinar ambos a partir de um determinado ganho de tensão de saída.
Algumas características desta configuração de Amp Op devem ser destacadas.
➤ Alta impedância de entrada;
➤ Baixa impedância de saída;
➤ Ganho de tensão estável.
Essas características tornam o Amp Op com realimentação negativa quase um amplificador ideal. Sendo que este tipo de circuito faz parte de uma família de circuitos lineares.
Exemplo de Simulação AOp Não Inversor
Vamos verificar o funcionamento deste amplificador através de uma simulação no software Proteus. O que vou realizar é amplificar um sinal cc de 10 mV com um ganho de tensão de 100. Isso significa que o sinal cc de saída deverá ser de 1V.
Todavia considerando este ganho, qualquer sinal que seja aplicado na entrada do Amp Op sofrerá um ganho de 100 vezes. Sendo limitado pelo valor da tensão de alimentação.
Vamos determinar os resistores da realimentação, fixando $R_1$ igual a 10K𝛺. Obtemos então por manipulação algébrica o resistor $R_2$ de 101,01𝛺. Como este valor não existe no comércio vamos utilizar um resistor de 100𝛺.
Logo nossos dados são:
➤ Amp Op LM358;
➤ R1 = 10K𝛺;
➤ R2 = 100𝛺;
➤ Acl = 100;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.
O esquema de simulação no software é apresentado a seguir.
Vejam no esquema que utilizei uma janela gráfica que está ao lado do circuito, esta janela é chamada de simulação estática ou gráfica. Com isso podemos ver os transitórios de alguns circuitos, sendo mais uma poderosa forma de simulação com Proteus.
O gráfico obtido, com o sinal de entrada e o de saída é apresentado a seguir.
Veja pelo gráficos que a tensão de saída ultrapassou o valor calculado de 1 V em 0,05 V, o erro pode estar associado ao valor do resistor adotado.
Na prática é comum adotar ao invés de um resistor de valor fixo, um trimpot com valor próximo ao do resistor, de modo que possamos aplicar um sinal com um gerador de funções e ajustar o trimpot para o ganho desejado.
Com este modo de conexão do amplificador operacional, podemos aplicá-lo a diversas situações, a mais comum envolve amplificar pequenos sinais de sensores.
Teste Prático do Circuito AOp Não Inversor
Complementando o texto, decidi implementar o circuito do amplificador não inversor da Figura 1. Para este teste, utilizei os seguintes materiais:
➤ Osciloscópio Analógico;
➤ Fonte de Alimentação Simétrica;
➤ Gerador de Sinais (utilizei meu próprio computador, explicarei adiante);
➤ Protoboard;
➤ Fios e jumpers;
➤ $R_1$ de 100 KΩ;
➤ $R_2$ de 10 KΩ;
➤ AOp LM741 (o clássico).
Como não tenho na bancada um gerador de sinais, o jeito foi improvisar um gerador com um gerador de tons online, Online Tone Generator, este software permite a utilização da saída de áudio como gerador de tons, podendo gerar senoides, onda quadrada, onda triangular e dente de serra. A limitação é a faixa de frequência de 0 a 20 KHz, e outro fator que limita o sinal de saída é a qualidade da placa de áudio. Mas, para nosso teste serviu muito bem.
O esquema de conexão do LM741 é relativamente simples e pode ser conferido na Figura 4.
O sinal de entrada $V_i$ é um sinal de 0,1 V de pico com frequência de 10 KHz.
Ao montar o circuito, apesar de simples, verifique se todas as ligações estão corretas, evitando curto-circuitos. Após a montagem, meu circuito pode ser visto na Figura 5.
Com o osciloscópio obtemos o sinal de saída amplificado, e em fase com o sinal de entrada que é uma das características do amplificador não inversor e que pode ser observado na Figura 6.
A Figura 6 nos permite observar que o ganho do circuito amplificador está dentro do esperado para o teste. Onde temos:
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{V_o}{V_i} = \frac{1,1}{0,1} = 11\end{equation} $$
O ganho teórico do circuito é:
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{R_1}{R_2} + 1 = \frac{100K}{10K}+1 = 11\end{equation} $$
Podemos assim, verificar que o circuito funciona muito bem de acordo com os conceitos teóricos.
Considerações Finais
Neste texto apresentei o conceito básico por trás da operação e funcionamento de um amplificador operacional na configuração não inversora. Recomendo também a leitura de livros textos dedicados ao assunto para melhor conhecimento e aprofundamento no tema abordado.
Quanto ao amplificador operacional utilizado podemos encontrar diversos CI's Amp Op no mercado. O mais famoso e barato é o LM741, também temos o LM358. Há também CI's com quatro Amp Op, como por exemplo, o TL074. Uma busca rápida em manuais ou no Google pode nos fornecer uma lista de Amp Ops comerciais.
Este texto vai terminando por aqui, o objetivo é apresentar os circuitos com Amp Op, em breve veremos mais alguns tipos e suas aplicações.
Espero que tenha gostado, comente aí suas dúvidas, compartilhe este texto com seus amigos ou curta nossa página no Facebook.
Obrigado por acompanhar o blog e até a próxima!
O amplificador operacional (também chamado de AOp ou Amp Op) é um tipo de circuito capaz de amplificar sinais elétricos. Encontrado em encapsulamento integrado, possui uma infinidade de aplicações.
O Amp Op em modo não inversor é um amplificador, onde, o sinal de entrada é amplificado de acordo com um certo ganho de sinal. O ganho de sinal é o quanto o sinal de saída é maior do que o sinal de entrada. O que pode ser escrito como:
$$\begin{equation}V_{out} = Acl*V_{in}\end{equation}$$
O circuito básico de um amplificador não inversor é apresentado na figura a seguir.
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| Figura 1 - Amp Op com realimentação negativa. |
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{R_1}{R_2}+1\end{equation} $$
Fixando-se $R_1$ ou $R_2$ podemos determinar ambos a partir de um determinado ganho de tensão de saída.
Algumas características desta configuração de Amp Op devem ser destacadas.
➤ Alta impedância de entrada;
➤ Baixa impedância de saída;
➤ Ganho de tensão estável.
Essas características tornam o Amp Op com realimentação negativa quase um amplificador ideal. Sendo que este tipo de circuito faz parte de uma família de circuitos lineares.
Exemplo de Simulação AOp Não Inversor
Vamos verificar o funcionamento deste amplificador através de uma simulação no software Proteus. O que vou realizar é amplificar um sinal cc de 10 mV com um ganho de tensão de 100. Isso significa que o sinal cc de saída deverá ser de 1V.
Todavia considerando este ganho, qualquer sinal que seja aplicado na entrada do Amp Op sofrerá um ganho de 100 vezes. Sendo limitado pelo valor da tensão de alimentação.
Vamos determinar os resistores da realimentação, fixando $R_1$ igual a 10K𝛺. Obtemos então por manipulação algébrica o resistor $R_2$ de 101,01𝛺. Como este valor não existe no comércio vamos utilizar um resistor de 100𝛺.
Logo nossos dados são:
➤ Amp Op LM358;
➤ R1 = 10K𝛺;
➤ R2 = 100𝛺;
➤ Acl = 100;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.
O esquema de simulação no software é apresentado a seguir.
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| Figura 2 - Esquema de simulação do Amp Op não inversor. |
O gráfico obtido, com o sinal de entrada e o de saída é apresentado a seguir.
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| Figura 3 - Gráfico das tensões do Amp Op não inversor. |
Na prática é comum adotar ao invés de um resistor de valor fixo, um trimpot com valor próximo ao do resistor, de modo que possamos aplicar um sinal com um gerador de funções e ajustar o trimpot para o ganho desejado.
Com este modo de conexão do amplificador operacional, podemos aplicá-lo a diversas situações, a mais comum envolve amplificar pequenos sinais de sensores.
Teste Prático do Circuito AOp Não Inversor
Complementando o texto, decidi implementar o circuito do amplificador não inversor da Figura 1. Para este teste, utilizei os seguintes materiais:
➤ Osciloscópio Analógico;
➤ Fonte de Alimentação Simétrica;
➤ Gerador de Sinais (utilizei meu próprio computador, explicarei adiante);
➤ Protoboard;
➤ Fios e jumpers;
➤ $R_1$ de 100 KΩ;
➤ $R_2$ de 10 KΩ;
➤ AOp LM741 (o clássico).
Como não tenho na bancada um gerador de sinais, o jeito foi improvisar um gerador com um gerador de tons online, Online Tone Generator, este software permite a utilização da saída de áudio como gerador de tons, podendo gerar senoides, onda quadrada, onda triangular e dente de serra. A limitação é a faixa de frequência de 0 a 20 KHz, e outro fator que limita o sinal de saída é a qualidade da placa de áudio. Mas, para nosso teste serviu muito bem.
O esquema de conexão do LM741 é relativamente simples e pode ser conferido na Figura 4.
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| Figura 4 - Esquema de montagem do amplificador não inversor com LM741. |
Ao montar o circuito, apesar de simples, verifique se todas as ligações estão corretas, evitando curto-circuitos. Após a montagem, meu circuito pode ser visto na Figura 5.
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| Figura 5 - Montagem do circuito AOp não inversor na bancada. |
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| Figura 6 - Sinal de saída amplificado do circuito AOp não inversor. |
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{V_o}{V_i} = \frac{1,1}{0,1} = 11\end{equation} $$
O ganho teórico do circuito é:
$$ \begin{equation} A_{cl} = \frac{R_1}{R_2} + 1 = \frac{100K}{10K}+1 = 11\end{equation} $$
Podemos assim, verificar que o circuito funciona muito bem de acordo com os conceitos teóricos.
Considerações Finais
Neste texto apresentei o conceito básico por trás da operação e funcionamento de um amplificador operacional na configuração não inversora. Recomendo também a leitura de livros textos dedicados ao assunto para melhor conhecimento e aprofundamento no tema abordado.
Quanto ao amplificador operacional utilizado podemos encontrar diversos CI's Amp Op no mercado. O mais famoso e barato é o LM741, também temos o LM358. Há também CI's com quatro Amp Op, como por exemplo, o TL074. Uma busca rápida em manuais ou no Google pode nos fornecer uma lista de Amp Ops comerciais.
Este texto vai terminando por aqui, o objetivo é apresentar os circuitos com Amp Op, em breve veremos mais alguns tipos e suas aplicações.
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Obrigado por acompanhar o blog e até a próxima!
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1 comentários
muito bom adorei
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