Amplificadores Operacionais e Circuitos Osciladores

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS E CIRCUITOS OSCILADORES Os amplificadores operacionais AmpOp são dispositivos eletrônicos largamente utilizados na eletrônica analógica Eles são componentes que possuem uma ampla gama de aplicações em circuitos elétricos como em filtros osciladores somadores inversores entre outros Os amplificadores operacionais são componentes eletrônicos ativos os quais estão dispostos em circuitos integrados CI e recebem esse nome por terem sido projetados inicialmente para realizar operação matemáticas básicas utilizando a tensão como analogia de outras grandezas Algumas das operações matemáticas que podem ser realizadas com os amplificadores operacionais são soma subtração multiplicação divisão e integração Na Figura 1 está apresentada a simbologia de um amplificador operacional com a indicação dos seus respectivos terminais Figura 1 Simbologia do amplificador operacional Fonte Disponível em httpsbitly42BQ6Zg Acesso em 24 jan 2023 Os amplificadores operacionais são componentes com duas entradas positiva e negativa e uma saída além dos terminais de alimentação Ele também pode ser chamado de amplificador diferencial pois o valor da sua saída pode ser um múltiplo da diferença entre os valores das entradas Em um amplificador operacional o seu ganho de tensão é determinado a partir da divisão entre o valor da tensão obtida na saída com relação à tensão aplicada à entrada Além da definição de ganho o amplificador operacional tem algumas outras características básicas Características dos amplificadores operacionais O amplificador operacional ideal tem algumas características básicas São elas Impedância de entrada infinita os amplificadores operacionais ideais não possuem nenhum valor de corrente sendo drenada na sua entrada Impedância de saída nula os amplificadores operacionais ideais possuem uma impedância de saída igual a zero de modo que eles podem fornecer uma corrente de saída muito alta Ganho de tensão infinito os amplificadores operacionais ideais possuem um ganho de tensão infinito de modo que eles permitem que o valor de saída seja tão maior quanto se queira com relação à entrada Insensibilidade à temperatura os amplificadores operacionais ideais não sofrem nenhuma variação de tensão e corrente quando submetidos à grandes variações de temperatura Alta estabilidade e precisão Os ampop possuem uma alta estabilidade e precisão o que significa que eles podem fornecer uma saída estável e precisa para uma ampla gama de condições Apesar das características citadas serem importantes para a análise de circuitos contendo amplificadores operacionais vale ressaltar que não existem elementos ideias Portanto os amplificadores operacionais reais podem ser aproximados dos ideais a depender das características de funcionamento porém existirão algumas diferenças entre os valores obtidos e os valores esperados para as condições ideais Realimentação A realimentação é um processo fundamental em circuitos de amplificação de sinais Nos amplificadores operacionais a realimentação é utilizada para controlar a relação entre a entrada e a saída do amplificador melhorando o desempenho e a estabilidade do circuito O processo de realimentação consiste em enviar parte da saída do amplificador de volta para a entrada geralmente através de um resistor ou outro componente passivo como um capacitor ou um indutor A realimentação pode ser configurada para fornecer diferentes ganhos e impedâncias de entrada e saída Existem dois tipos principais de realimentação nos amplificadores operacionais Realimentação positiva Na realimentação positiva uma porção da saída do amplificador é somada diretamente à entrada aumentando a amplitude do sinal e consequentemente o ganho do circuito Esse tipo de realimentação é menos comum pois pode causar oscilações e instabilidade no circuito Realimentação negativa Na realimentação negativa uma porção da saída do amplificador é subtraída da entrada reduzindo a amplitude do sinal e consequentemente o ganho do circuito Esse tipo de realimentação é o mais comum e é amplamente utilizado em amplificadores operacionais pois ajuda a estabilizar o circuito reduzir a distorção e melhorar a precisão e a linearidade A realimentação negativa traz várias vantagens para os amplificadores operacionais incluindo Estabilidade A realimentação negativa ajuda a estabilizar o circuito reduzindo a tendência à oscilação e à instabilidade Precisão A realimentação negativa ajuda a melhorar a precisão do circuito reduzindo a distorção e a variação do ganho Linearidade A realimentação negativa ajuda a melhorar a linearidade do circuito tornandoo mais preciso e consistente Ganho ajustável A realimentação negativa permite que o ganho do circuito seja ajustado facilmente alterando o valor do resistor de realimentação Impedância de entrada e saída controladas A realimentação negativa permite que a impedância de entrada e saída do circuito seja controlada tornandoo mais compatível com outros dispositivos e sistemas A realimentação é amplamente utilizada em aplicações de amplificação de sinais controle de processos instrumentação e outras áreas que exigem precisão e estabilidade Alguns exemplos de amplificadores operacionais que utilizam a realimentação incluem amplificadores de áudio que utilizam a realimentação para melhorar a qualidade do som amplificadores de instrumentação que utilizam a realimentação para melhorar a precisão e a linearidade dos sinais de medição e os osciladores que utilizam a realimentação positiva para gerar sinais oscilantes Configurações básicas dos amplificadores operacionais Os amplificadores operacionais podem ser configurados de várias maneiras para realizar diferentes funções As configurações mais comuns são Amplificador inversor Nessa configuração a entrada do sinal é conectada ao terminal negativo do ampop e o feedback é conectado do terminal de saída para o terminal negativo Essa configuração produz uma saída amplificada e invertida em relação à entrada Figura 2 Amplificador inversor Fonte Disponível em httpsbitly3B7j7jw Acesso em 28 jan 2023 Amplificador não inversor Nessa configuração a entrada do sinal é conectada ao terminal positivo do ampop e o feedback é conectado do terminal de saída para o terminal positivo Essa configuração produz uma saída amplificada e não invertida em relação à entrada Figura 3 Amplificador não inversor Fonte Disponível em httpsbitly3nIaLfc Acesso em 01 fev 2023 Amplificador somador inversor Nessa configuração várias entradas de sinal são conectadas aos terminais de entrada do ampop e a saída é a soma ponderada de todas as entradas Figura 4 Amplificador somador inversor Fonte Disponível em httpsbitly3ps5GZe Acesso em 04 fev 2023 Existem outras configurações dos amplificadores operacionais as quais são utilizadas em circuitos específicos Circuitos Osciladores Os circuitos osciladores com amplificadores operacionais são uma classe de circuitos eletrônicos que geram sinais oscilantes Eles são amplamente utilizados em diversas aplicações como na geração de sinais de áudio sinais de radiofrequência osciladores de relógio e muitos outros Os osciladores podem ser classificados em duas categorias osciladores harmônicos e osciladores não harmônicos Os osciladores harmônicos são aqueles que geram um sinal oscilante senoidal enquanto os osciladores não harmônicos geram sinais oscilantes não senoidais como ondas quadradas ou triangulares Oscilador Wienbridge O oscilador Wienbridge é um circuito oscilador harmônico que utiliza um amplificador operacional como elemento principal Ele foi inventado por Max Wien em 1891 e é amplamente utilizado em aplicações de áudio e frequência O circuito é composto por um amplificador operacional com realimentação positiva e dois resistores R1 e R2 formando um divisor de tensão Além disso há dois capacitores C1 e C2 conectados em série com R2 O circuito opera com frequências que dependem dos valores de R1 R2 C1 e C2 Oscilador Colpitts O oscilador Colpitts é um circuito oscilador harmônico que utiliza um amplificador operacional como elemento principal Ele foi inventado por Edwin Colpitts em 1918 e é amplamente utilizado em aplicações de rádio e comunicação O circuito é composto por um amplificador operacional com realimentação positiva e um circuito ressonante LC O circuito ressonante LC consiste em um indutor L em série com dois capacitores C1 e C2 conectados em paralelo O circuito ressonante LC é conectado à entrada não inversora do amplificador operacional O circuito opera com frequências que dependem dos valores de L C1 e C2 Oscilador de onda quadrada O oscilador de onda quadrada é um circuito oscilador não harmônico que gera uma forma de onda quadrada ou retangular Ele utiliza um amplificador operacional como elemento principal e é amplamente utilizado em aplicações digitais e de controle O circuito é composto por um amplificador operacional com realimentação positiva um resistor R e um capacitor C conectados em série com a entrada não inversora do amplificador A saída do amplificador é conectada de volta à entrada inversora através de um resistor de realimentação Rf O circuito opera com frequências que dependem dos valores de R C e Rf REFERÊNCIAS BOYLESTAD NASHELSKY L Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos São Paulo Pearson 2004 KATO EDILSON R R Osciladores Disponível em httpsbitly44JIXrx Acesso em 27 abr2023 MALVINO ALBERT P Eletrônica São Paulo McGrawHill 1995 RAZAVI B Fundamentos de Microeletrônica Rio de Janeiro LTC Grupo Gen 2010 SEDRA A SMITH K Microeletrônica São Paulo Pearson 2007 WENDLING MARCELO Amplificadores Operacionais Universidade Estadual Paulista Campus Guaratinguetá 2010 Disponível em httpsbitly42B7j4X Acesso em 26 abr 2023