Waldyr Souto Maior
(Aguarde atualização)
Os Amplificadores Operacionais que foram desenvolvidos para ser a base principal dos computadores são hoje largamente usados em inúmeros circuitos analógicos e digitais que fazem parte dos diversos aparelhos eletrônicos domésticos.
O nome “Operacional” surge daí, pois esses amplificadores seriam as células dos circuitos que fariam operações matemáticas. Entretanto, apesar do computador formado por operacionais ter existido, o desenvolvimento de circuitos básicos puramente digitais como, portas lógicas e flip-flops, abriu caminho para o surgimento de circuitos mais complexos como; Memórias e Microprocessadores integrados, que passaram a ser a base para os computadores digitais.
Os computadores analógicos não vingaram, mas, os amplificadores operacionais, devido a sua fantástica versatilidade, encontraram uma larga aplicação em diversas áreas da eletrônica, tanto analógicas quanto digital como: TV, Mesas de Som, Minisystem, DVD, Fornos de Microondas, etc. e sem perder lugar nos modernos computadores digitais de hoje.
Primeiramente, eles foram apresentados em pequenos integrados com 8 e 14 pinos, ocasião em que esses circuitos se tornaram muito populares, pois, faziam parte de uma infinidade de projetos industriais e domésticos, devido também ao seu baixo custo.
Hoje em dia, os operacionais são quase invisíveis, pois residem em grande quantidade no interior de complexos integrados SMD’s com variados tamanhos e invólucros.
Neste artigo, apresentarei o amplificador operacional na sua forma mais básica para que os leitores possam conhecer a essência do seu funcionamento.
O amplificador operacional é muito simples, pois, se resume num elemento com 3 terminais, na sua versão mais básica. Veja a figura 1.
Um sinal ou tensão aplicada na entrada não inversora, aparece na saída sem inversão e, aplicada na entrada inversora, aparece na saída invertida.
Na maioria das suas funções, o amplificador operacional pode ser alimentado por uma fonte simétrica, com valores que podem variar entre 5 e 15 volts. Veja a figura 2.
Num operacional alimentado com fonte simétrica, quando aplicamos 2 voltagens exatamente iguais nas suas entradas, a saída deverá se apresentar com exatamente ZERO VOLT.
Para garantir essa exatidão, muitos operacionais possuem dois terminais ( OFFSET 1 e OFFSET 2 ), onde um trimpot é ligado para correção do zero absoluto “Ajuste de OFFSET”. Veja a ilustração na figura 3.
Pinagem de alguns CI’s populares com circuitos operacionais:
Nas figura 4 podemos ver a pinagem de alguns CI’s com Amplificadores Operacionais.
Amplificador inversor:
O amplificador inversor é aquele em que, o sinal aplicado na entrada aparece invertido na saída. A configuração tradicional para o amplificador inversor é apresentada na figura 5:
O resistor R1 é chamado de resistor de entrada e R2 é chamado de resistor da malha de realimentação.
Para os cálculos, deve-se respeitar determinadas regras pré-estabelecidas:
1º ) Os valores de R1 e R2 podem ser escolhidos livremente. Valores entre 1 K e 2,2 M são ideais. Geralmente usam-se resistores de valores mais altos, quando as potências dos sinais envolvidos são mais baixas.
2º ) V1 é sempre igual a V2. Para o caso da configuração acima, V1 = V2 = 0 volt
3º ) O ganho do amplificador inversor é sempre calculado dividindo-se o valor de R2, pelo valor de R1, ou seja:
Ganho (-) = R2
R1
4º ) A tensão de saída “Vo” é igual a tensão de entrada “Vs” multiplicada pelo ganho, ou seja:
Vo = - R2 x Vs
R1
Amplificador de ganho unitário: ( SEGUIDOR DE FONTE )
Um amplificador de ganho unitário é aquele que não amplifica tensão, ou seja, a tensão de saída é igual a tensão de entrada. Nesta configuração, ele é muito usado como ISOLADOR ou CASADOR DE IMPEDÂNCIA.
Embora não apresente amplificação de voltagem, o poder de corrente na saída é muito alto se comparado com a corrente de entrada que é baixíssima. É por isso que esse tipo de circuito é também conhecido por BUFFER ou SEPARADOR, e encontra muitas aplicações em diversos aparelhos, já que, a carga alimentada por ele na saída, não sobrecarrega o circuito que fornece o sinal para a sua entrada.
Nesse tipo de amplificador, a malha é fechada. Veja na figura 6 um ISOLADOR não inversor usando resistor na entrada.
Nesse tipo de amplificador, a impedância de entrada é igual ao valor de R1, enquanto que, a impedância de saída é baixíssima.
Na figura 7 vemos um circuito ISOLADOR sem resistor R1.
Nesse tipo de amplificador, a impedância de entrada é considerada infinita. Por isso, esse circuito costuma ser chamado de SEGUIDOR DE FONTE COM ENTRADA INFINITA.
Amplificador de ganho infinito:
É um amplificador operacional trabalhando com malha aberta. Seu ganho é tão alto que uma onda senoidal aplicada na entrada, apresenta-se saturada na saída, nos valores máximo e mínimo da fonte de alimentação.
Por esse motivo, esse circuito é muito usado como Conformador de Pulsos, para transformar ondas senoidais em ondas quadradas. Veja a figura 8.
A impedância de entrada deste circuito é igual ao valor de R1.
Comparador ou Detetor de Cruzamento:
É um circuito que muda o estado da saída, quando uma entrada cruza o valor da outra entrada. Acompanhe na figura 9.
Observe que, um zener de 2 volts ligado à entrada inversora, garante que a tensão ali seja sempre 2 volts. Enquanto a entrada IN for menor que 2 volts, a saída OUT apresentará - 5 volts. Quando a entrada IN for exatamente 2 Volts, teremos 0 volt na saída OUT. Quando a entrada IN ultrapassar o valor de 2 volts, a saída OUT apresentará + 5 Volts.
Para obter um detetor inversor basta ligar o zener na entrada não inversora, fazendo da entrada inversora a entrada IN.
Esse circuito é muito útil para transformar uma variação analógica em bit digital.
Existem várias outras configurações e aplicações para o amplificador operacional, com ele podemos construir Pré-amplificadores, Filtros, Osciladores, Inversores, Buffer, Diferenciadores, Integradores, Portas, Somadores, Subtratores e muitos outros. É claro que não tenho como esgotar este assunto no espaço destinado à matéria deste mês, mas, posso até voltar em outra oportunidade para permitir um aprofundamento nele.
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Waldyr Souto Maior é professor de eletrônica na ESATE, possui cursos no exterior, é autor de alguns livros técnicos e é vice-presidente da Asfeteb (Associação Federal dos Técnicos em Eletroeletrônica do Brasil: esate.asfeteb@ig.com.br).
