Eletrônica Analógica Amplificadores Operacionais

CES CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DE CONSELHEIRO LAFAIETE ENGENHARIA ELÉTRICA ANDERSON JUNIOR DE SENA AMPLIFICADORES OPERACIONAIS CONSELHEIRO LAFAIETEMG 2025 ANDERSON JUNIOR DE SENA AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Trabalho apresentado como requisito parcial para a avaliação da disciplina de Eletrônica Analógica do curso de Engenharia Elétrica ministrada pelo professor Adão na faculdade CESCL Professor Adão CONSELHEIRO LAFAIETEMG 2025 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO4 2 AMPLIFICADORES OPERACIONAIS O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM 4 3 ARQUITETURA E CARACTERÍSTICAS IDEAIS 4 4 MODOS DE OPERAÇÃO 5 41 Sem realimentação 5 42 Realimentação positiva 5 43 Realimentação negativa 5 5 CIRCUITOS LINEARES COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 6 51 Amplificador inversor 6 52 Amplificador não inversor 7 53 Seguidor de tensão 7 54 Somador 7 6 CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 8 61 Comparadores 8 7 APLICAÇÕES DOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 9 8 CONCLUSÃO 9 9 REFERÊNCIAS 9 INTRODUÇÃO Os amplificadores operacionais AmpOps são dispositivos largamente empregados na eletrônica moderna Originalmente desenvolvidos para executar operações matemáticas como soma subtração integração e diferenciação em computadores analógicos esses componentes evoluíram e passaram a ser utilizados em uma ampla variedade de aplicações tanto em sistemas analógicos quanto digitais Sua alta versatilidade baixo custo e fácil disponibilidade tornaramnos indispensáveis em áreas como automação instrumentação telecomunicações e processamento de sinais AMPLIFICADORES OPERACIONAIS O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM O amplificador operacional é um circuito integrado de alto ganho projetado para amplificar a diferença de tensão entre suas duas entradas nãoinversora e inversora Embora sua função original seja executar operações matemáticas ele também é amplamente utilizado em aplicações que exigem amplificação precisa e em diversas funções analógicas ARQUITETURA E CARACTERÍSTICAS IDEAIS As principais características ideais de um amplificador operacional são Impedância de entrada infinita evitando o consumo de corrente do circuito de entrada Impedância de saída nula garantindo máxima transferência de sinal para a carga Ganho de tensão infinito Banda passante ilimitada resposta em frequência infinita Total imunidade a variações de temperatura Internamente um amplificador operacional é formado por diversos componentes como transistores resistores e capacitores organizados em estágios diferenciais de ganho e de saída Essa configuração permite ao dispositivo amplificar sinais com alta precisão e estabilidade MODOS DE OPERAÇÃO Sem realimentação Na operação sem realimentação conhecida como malha aberta o amplificador operacional opera com ganho máximo determinado internamente pelo fabricante Nessa configuração o AOP reage a pequenas diferenças entre os sinais de entrada com grandes variações na saída o que resulta em uma resposta não linear e instável Esse modo de operação é comumente utilizado em circuitos comparadores de tensão cujo objetivo é identificar qual dos sinais de entrada possui maior potencial Realimentação positiva Na realimentação positiva uma fração do sinal de saída do amplificador operacional é aplicada à sua entrada nãoinversora Esse tipo de realimentação reforça o sinal de entrada fazendo com que o circuito atinja rapidamente a saturação o que caracteriza uma resposta instável Apesar disso essa configuração é fundamental em aplicações que exigem comutação rápida entre estados como osciladores circuitos biestáveis e gatilhos Schmitt Realimentação negativa A realimentação negativa ocorre quando parte da saída do AOP é retornada à entrada inversora Esse tipo de operação garante estabilidade linearidade e controle preciso do ganho que pode ser ajustado por resistores externos A realimentação negativa é a base para a maioria dos circuitos analógicos com AOP como amplificadores de ganho fixo somadores filtros ativos integradores e derivadores CIRCUITOS LINEARES COM AMPOPS Amplificador i nversor O amplificador inversor é um dos tipos mais comuns de amplificadores operacionais AOP Ele funciona multiplicando a entrada por um ganho constante negativo A configuração consiste em Um resistor de entrada R1 Um resistor de realimentação Rf A entrada de sinal Vi aplicada à entrada negativa do AOP A saída é dada por Ou seja a saída é proporcional à entrada porém invertida em fase 180 de defasagem Essa topologia é bastante estável e usada frequentemente em aplicações práticas Amplificador não inversor No amplificador nãoinversor o sinal de entrada é aplicado diretamente à entrada nãoinversora do amplificador operacional Essa configuração utiliza os resistores R1 e Rf porém dispostos de maneira diferente em relação ao amplificador inversor Suas principais características são O ganho é positivo sem inversão de fase em relação ao sinal de entrada O sinal de entrada Vi é aplicado diretamente à entrada nãoinversora do AOP A saída é calculada por Essa configuração é útil quando se deseja amplificar o sinal sem inverter a polaridade Seguidor de tensão O seguidor de tensão é uma configuração especial do amplificador operacional AOP em que a saída reproduz exatamente o sinal de entrada Possui ganho unitário ganho 1 ou seja não amplifica nem inverte o sinal apenas o replica com alta precisão Somador O amplificador somador é um circuito que permite somar várias tensões de entrada de forma algébrica ou seja considerando o sinal de cada uma positivo ou negativo Neste caso é um somador inversor o que significa que A entrada é feita no terminal inversor do AOP A saída é invertida em relação à soma das entradas Cada entrada passa por um resistor antes de chegar ao amplificador Um resistor de realimentação R f fecha o laço entre a saída e a entrada inversora A entrada nãoinversora está ligada à terra A saída Vo é determinada por CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMPOPS Comparadores São circuitos que utilizam AOP em malha aberta sem realimentação ou seja com Av O valor de Vo é determinado apenas pela alimentação do dispositivo Circuitos comparadores farão a comparação entre dois sinais distintos ou entre um sinal distinto e um de referência Vr Se a diferença entre os sinais for positiva o dispositivo ficará saturado e forçará uma saída Vo V caso ocorra o inverso a saída será Vo V onde V são os valores da alimentação do AOP APLICAÇÃO DOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS Amplific adores de pequeno sinal e áudio Filtros ativos Reguladores de tensão Conversores de sinal ADCDAC Circu itos de instrumentação médica Osciladores e comparadores Processamento de sinais em geral CONCLUSÃO Os amplificadores operacionais são componentes essenciais na eletrônica moderna devido à sua versatilidade eficiência e ampla gama de aplicações Seja atuando como amplificador comparador somador filtro ou oscilador o AmpOp está presente em inúmeros circuitos analógicos O estudo aprofundado desse componente é fundamental para o desenvolvimento de soluções eficientes e adequadas às mais diversas aplicações eletrônicas REFERÊNCIAS SILVA JUNIOR Pedro Armando SOUZA Pedro Paulo Corrêa de Amplificadores Operacionais Instituto Federal de Santa Catarina IFSC 2012 WENDLING Marcelo Amplificadores Operacionais Versão 20 Universidade Estadual Paulista UNESP Guaratinguetá 2010 ELETRÔNICA BÁSICA Capítulo 3 Amplificadores Operacionais 2014 BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 8 ed São Paulo Pearson 2006 4