Capítulo 028

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Amplificador Operacional
Não vamos revelar à continuação nenhuma aplicação nova que não tenha sido comentada, mais bem aprofundaremos em algumas delas. Para começar, comentaremos a utilização dos operacionais como retificadores e limitadores ativos e continuaremos com algum conceito mais sobre comparadores.	
Apesar de que em circuitos de corrente alternada os retificadores sejam um trunfo fundamental estes padecem de certos defeitos à hora de enfrentar-se com sinais de muito baixo valor. Basta como exemplo para comprovar isto recordar que um sinal alternado "normal" dos que costuma chegar a um retificador de diodos "típico" manipula alguns volts, razão pela que a queda de tensão interna dos diodos empregados no dispositivo de retificação se faz completamente desprezível. 
Isto que, à primeira vista, poderia parecer um assunto sem importância, a tem realmente quando o sinal a tratar oscila numa margem de dezenas de mili-volts. Na prática, se utilizam os amplificadores operacionais para iludir estes problemas. Centremo-nos, por exemplo, na retificação de um sinal alternado, cujo valor seja inferior a um volt. Se utilizamos para este propósito um retificador standard, ou seja um diodo, a saída do mesmo será um sinal praticamente nulo devido às perdas originadas no diodo ou conjunto dos 
mesmos. 
Na figura correspondente podemos ver o esquema do retificador "ativo" básico. A denominação "retificador ativo" se aplica ao circuito que incorpora elementos ativos - tais como o amplificador operacional- para levar a cabo o processo de retificação. 
Mediante este tipo de circuito retificamos sinais de valor Vp/Ga, sendo Vp a queda de tensão no diodo e Ga o ganho em laço aberto do amplificador operacional. Neste circuito, se Vac é positiva e de valor superior à relação Vp/Ga a tensão na saída do operacional toma um valor positivo, o diodo D fica polarizado diretamente e, portanto, conduz. Como consequência da realimentação que origina o diodo a entrada inversora do operacional se situará ao mesmo nível de tensão que a entrada não inversora. Nestas condições o amplificador operacional fornecerá a corrente através do diodo. 
Quando se produza a situação contrária, isto, é que Vac seja negativa, a saída do amplificador operacional se faz negativa também, com o que o diodo D passa a bloquear-se. Neste suposto a corrente que passa pela carga é nula e, portanto, a tensão na saída do circuito também é nula. 
Na figura podemos observar o esquema de um retificador ativo do tipo onda média. Neste caso o circuito trabalha não só como retificador mas também leva a cabo uma função amplificadora. Estudemos agora brevemente a sua operatividade. Se o sinal de entrada adquire um valor negativo, o sinal de saída do operacional será positivo e, portanto, o diodo D1 conduzirá, enquanto que D2 permanece bloqueado. 
No suposto contrário, sinal de entrada de valor positivo, a saída do amplificador operacional adquirirá um valor negativo, 
com o que o diodo D2 passará a conduzir e D1 se bloqueará. A entrada negativa se realimenta através de D2 e esta se igualará à de entrada positiva, passando a valer zero. Neste instante a tensão de saída valerá igual que a de entrada negativa, isto é, zero. Como já mencionamos, o circuito, no caso de sinal de saída do operacional positiva, se comporta também como amplificador de tipo inversor. A fórmula para calcular o valor da tensão de saída será: 
Vdc = (R2/R1)² Vac.	
Na ilustração correspondente podemos observar um retificador de tipo dupla onda que faz uso, além do conhecido operacional, de uma ponte retificador a diodos. Neste caso o encarregado de efetuar o laço de realimentação é a ponte de diodos. 
Outra aplicação onde os amplificadores operacionais se estão abrindo campo é no desenho de circuitos limitadores. 
O circuito mostrado na figura corresponde um limitador ativo cujo valor positivo de saída será função de uma tensão de referência, a qual deve aplicar-se à entrada não inversora do amplificador operacional. Quando a tensão da entrada 
inversora for menor que a de referência (Vi < Vz), a saída do operacional será positiva pelo que D1 fica polarizado inversamente. A tensão na saída do circuito "seguirá" à de entrada. Quando a tensão da entrada inversora iguale à entrada não inversora a saída do operacional se fará negativa, com o que D1 passa a conduzir, realimentado a saída à entrada inversora, o que provoca que o sinal de saída resultante seja igual ao de referência (Vz). 
Histerese
Existe um comportamento no ambiente dos amplificadores que 
responde ao nome de histerese. 
Para compreender este princípio vamos fixar-nos na imagem correspondente, a qual ilustra a curva de resposta (mais conhecida como característica de transferência) do operacional em relação ao efeito citado.
Se tomamos o eixo vertical como representação do sinal de saída e o eixo horizontal como a entrada do mesmo podemos passar a explicá-la em função da sua evolução: imaginemos que a situação é tal que a tensão de saída seja igual a - Vsat (ângulo inferior esquerdo do gráfico). Colocamos, por exemplo, um esferográfica sobre este ponto e com a ponta da mesma vamos seguindo a linha horizontal. Como vemos, a tensão de saída varia mas não assim a de entrada, ao menos até que alcancemos o ângulo inferior direito do gráfico. Neste ponto a tensão de entrada é exatamente igual a +Vsat. No momento em que a tensão de entrada ultrapasse ligeiramente este valor se produzirá uma resposta imediata na tensão de saída. Mas como é que afeta isto a um circuito? 
Pois é muito simples, temos uma "zona" de trabalho dentro das características de cada operacional (zona que pode prever-se no desenho do circuito) onde as pequenas variações em tensões de entrada não influem para nada na tensão de saída. Isto é particularmente útil quando trabalhamos, por exemplo, em ambientes onde existe um ruído elétrico apreciável. Entendemos por ruído elétrico as pequenas oscilações geradas dentro de um circuito eletrônico pelo ambiente circundante, as interferências da sua própria alimentação ou, em geral, qualquer tipo de sinal parasita de pequeno valor que pode fazer que um circuito se ative de forma errônea. Neste caso, a largura do gráfico de histerese nos determinará que pulsos ou sinais, e quais não, serão capazes de ativar o citado circuito. 
Outro caso prático da utilização do fenômeno da histerese se pode descrever com o seguinte exemplo: suponhamos um circuito que incorpora um sensor de temperatura calibrado para disparar-se com determinado valor térmico. Se à entrada do circuito mencionado (entrada proveniente do sensor) não se lhe aplica uma etapa de histerese pode dar-se o caso, nada improvável, de que a temperatura oscile ligeiramente por cima e abaixo do ponto de disparo. Se isto acontece, a consequência lógica será que o sensor estará ativando e desativando continuamente o equipamento controlado pela saída do dispositivo termo regulador. Se o circuito de entrada de sinal do sensor - provavelmente um comparador- incorpora circuitos apropriados podemos iludir o problema graças ao efeito histerese.
 Na figura podemos ver o esquema de um simples comparador não inversor com histerese. 
Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A (1995)
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Este seria o esquema básico de um retificador com A.O.
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 O retificador de dupla onda com A.O. também é possível.
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Esta outra função ajuda bastante no desenho de circuitos mais "fiáveis".
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Este simples esquemaresponde a um comparador.
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Aqui podemos ver o esquema de um retificador de onda média.
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Como podemos ver, o operacional também pode funcionar como retificador de precisão.