Amplificadores Operacional ( Amp-Ops )

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Introdução
Um amplificador operacional, ou amp-op, é um amplificador diferencial de ganho muito alto com impedância de entrada muito alta e baixa impedância de saída. Utilizações típicas do amplificador operacional compreendem alterações em valores de tensões (amplitude e polaridade), osciladores, filtros e diversos tipos de circuitos de instrumentação. Um amp-op contém alguns estágios de amplificadores diferenciais para atingir um ganho de tensão muito alto.
O Amplificador Operacional (AMPOP) é um dos componentes mais usados no mundo da electrónica. A simplicidade conceptual e versatilidade são a chave da sua vasta e diversificada utilização. Inicialmente, os amplificadores operacionais foram usados sobretudo em circuitos de componentes discretos (em conjunção com resistências e condensadores) para implementar filtros ou montagens de ganho. Actualmente, são reutilizados ou redesenhados como blocos básicos facilmente integráveis em sistemas bastante complexos, geralmente fazendo parte de blocos de circuito de media complexidade como conversores, sintetizadores, filtros, etc.
 
O campo de aplicações que tiram partido deste elemento vai desde os aparelhos de medida a todo o tipo de circuitos para computadores e telecomunicações, passando por diversos aparelhos eléctricos, automóveis - pode dizer-se, sem exagero, que a sua utilização é quase universal. Nestas aplicações, são parte integrante da maioria dos circuitos electrónicos fundamentais estudados na cadeira, tais como conversores analógico-digital e digital-analógico, osciladores, malhas de captura de fase, filtros analógicos, circuitos optoelectrónicos e periféricos de comunicação (e.g. placas de rede, placas de som, portos de comunicação).
O que é um amplificador operacional ?
Um amplificador operacional, ou amp-op, é um amplificador de ganho muito alto com impedância de entrada muito alta (normalmente alguns megaohms) e baixa impedância de saída (menor do que 100 Ω), tendo dois terminais de entrada: um designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal não inversor(+). Utilizações típicas do amplificador operacional compreendem alterações em valores de tensões (amplitude e polaridade), osciladores, filtros e diversos tipos de circuitos de instrumentação. Um amp-op contém alguns estágios de amplificadores diferenciais para atingir um ganho de tensão muito alto.
 
Fig 1; Simbologia:
 
V- : Entrada inversora;
V+ : Entrada não – inversora;
V˳ : Saida;
Caracteristicas basicas dos Amplificadores Operacionais
As principais caracteristicas dos AOP são: 
1. Alta impedância de entrada: Finita, embora muito grande (de alguns MΩ até GΩ).
2. Baixa impedância de saída: pequena (da ordem de alguns Ω) .
3. Ganho de tensão em malha aberta: Finito, porém muito grande (alguns milhares) .
4. Largura de faixa: Finita.
5. Faixa de temperatura restrita.
6. Alto ganho em malha aberta.
7. Respostas a altas frequencias.
8. Baixa sensibilidade à temperatura.
Ganho de tensão
Para que a amplificão seja variável , inclusive para sinais de baixa amplitude, como sensores, é necessário que o amplificador possua um alto ganho de tensão. Idealmente esse ganho seria infinito.
Resposta de frequencia ( Bandwidth )
É necessário que o amplificador tenha uma largura de faixa muito ampla, de modo que um sinal de qualquer frequencia possa ser amplificado sem sofrer corte ou atenção. Idealmente BW deveria se estender desde zero a infinito hertz.
Sensibilidade à temperatura ( DRIFT )
As variações térmicas podem provocar alterações acentuadas nas características elétricas de um amplificador. A esse fenômeno chamamos DRIFT. Nos manuais de fabricante encontram – se os valores das variações de corrente e tensão no AOP, provocadas pelo aumento de temperatura. A variação da corrente é representado por ∆I / ∆T e seu valor é fornecido em Na / ◦C . A variação de tensão é representada por ∆V / ∆T e seu valor é fornecido em 
Modo de operação
1.1 Sem realimentação 
Este modo é também denominado operação em malha aberta e o ganho do AOP é fornecido pelo fabricante, ou seja, não se tem controle sobre o mesmo. Esse tipo de operação é muito útil quando se utiliza circuitos comparadores.
Fig 2. AOP em malha aberta
 
1.2 Realimentação Positiva
Esse tipo de operação é dominado operação em malha fechada. Quando a entrada positiva é ligada na saída do amplificador operacional, através de RF. O ganho do amplificador operacional é obtido através do que se está projetando e possui como desvantagem uma instabilidade ao circuito, por isso é muito aplicado em circuitos osciladores.
 
Fig 3 ; AOP submetido a realimentação positiva.
1.3 Realmentação Negativa
 O amplificador operacional operando em realimentação negativa é o mais importante e utilizado em circuitos que envolvam amplificadores operacionais porém com resposta linear e ganho cotrolado, este tipo de realimentação ao contrário da realimentação positiva, a saída do amplificador operacional é reaplicada à entrada inversora através de RF.Assim como na realimentação positiva, este modo de operação tem a característica de malha fechada, ou seja, o ganho é determinado por R1 e RF, podendo ser definido pelo projetista. Destacar que é na realimentação negativa que acontece o curto circuito virtual, onde basicamente o sinal que é aplicado na entrada não inversora é o mesmo na entrada inversora. 
Fig 4; AOP operado com realimentação negatiava.
Obs; Comparadores de tensão são circuitos que utilizam AOP em malha aberta, sem realementação, ou seja , com Av→∞. O valor de V˳ é determinado apenas pela alimentação do dispositivo. AV extende – se para ( ganho de entrada )
Amplificador operacional: Estrutura e modo de funcionamento
O amplificador operacional é um componente eletrônico compacto, que possui em sua composição interna resistores, capacitores e transistores. De forma bem simples, quando um sinal é aplicado a entrada não inversora, este sinal não é invertido, e sai amplificado, porém quando um determinado sinal é aplicado na entrada inversora, o sinal sai amplificado e invertido.É importante destacar que a tensão de saída do amplificador operacional depende da diferença de potencial entre a entrada inversora e a não inversora, multiplicado pelo respectivo ganho em malha aberta do amplificador, de forma que a tensão máxima de saída será a tensão de alimentação do amplificador, sendo que o amplificador possui este valor em sua saída quando o amplificador operacional satura. Outro detalhes que é importante ser destacado é o ganho do amplificador operacional, que pode ser controlado e que para ser encontrado basta encontrar a relação entre o valor obtido na saída pelo valor da entrada do amplificador operacional, ou seja, basta dividir o valor obtido na saída do amplificador pela sua respectiva entrada.
1.1 Amplificador Operacional Basico
Amplificador Operacional básico tem duas entradas, uma inversora e outra não inversora. O componente também possui terminais de alimentação e uma saída para os sinais.Portanto, quando um sinal é aplicado a entrada não inversora, como o nome já diz, ele não inverte a fase, e o sinal sai amplificado. Em contrapartida, na entrada inversora, o sinal sai amplificado e invertido. A entradas e saídas são comuns para todos amplificadores operacionais. Dessa forma, a tensão de saída do Amp-Op depende da diferença de potencial entre a entrada positiva e negativa, multiplicado pelo ganho em malha aberta do amplificador, sendo que a tensão máxima é a tensão de alimentação do Amplificador.
 
V+: Entrada não inversora;
V-: Entrada Inversora;
Vs+ e Vs-: Alimentação;
Vout: Saída.
Aplicações dos AMP Ops
1. Processamento e geração de sinais, filtros ativos.
2. O Amp-Op é usado como um alterador de escala através de pequenos sinais com ganho constante nos amplificadores invertido e não-inversor.
3. O Amp-Op pode ser usado para somar a tensão de entrada de duas ou mais fontes em uma única tensão de saída.
4. São usadosem amplificação, controle,geração de formas de onda, em baixas frequencias até varios Megahertz. 
5. Operações matematicas como soma, subtração, integração,derivação, etc. 
6. São também úteis em aplicações em instrumentação, sistemas de controle, sistemas de regulação de tensão e corrente, processamento de sinais.
Circuitos lineares com Amplificadores Operacionais ( AMP Ops )
1.1 Amplificador como inversor
O circuito amplificador inversor é denominado assim pelo fato de que seu sinal de saída estará defasado em 180◦ em relação ao sinal de entrada, ou seja, ele inverte o sinal de entrada.
A tensão de saída depende da diferença entre as tensões de entrada.
O ganho em um circuito inversor é expresso por:
 Av = -Rf / R1
 
1.2 Amplificador não inversor
O amplificador nao-inversor ou multiplicador de ganho constante não apresenta defasagem do sinal de saída, portanto o sinal de saída não é invertido em relação ao sinal de entrada.
O ganho do circuito não-inversor é dado por:
Av = 1 + Rf / R1;
1.3 Seguidor de Tensão
O seguidor de tensão, fornece um ganho unutário sem inversão de polaridade ou fase. Portanto a saída possui mesma amplitude, polaridade e fase da entrada.
O circuito atua como isolador ( buffer ) de estágios, reforçador de correntes e caçador de impedancias.
Em alguns casos, um seguidor de tensão pode receber um sinal através de uma resistencia em séria, colocada no terminal não-inversor ( Rs ). Nesse caso, para que se tenha um balanceamento do ganho, é usual a colocação de um outro resistor de mesmo valor na malha de realimentação.
 Rs = Rf para AV = 1.
Uma das aplicações é utilizando o circuito envolvendo buffer no casamento de impedancia de saída de um gerador de sinal com um amplificador de baixa impedancia de entrada, corforme a figura abaixo.
1.4 Amplificador diferencial
Este circuito permite que se obtenha na saída uma tensão igual entre os sinais aplicados, multiplicados pr um ganho.
1.5 Circuito diferenciador 
O circuito diferenciador é um circuito que realiza a operação matemática da diferenciação. Ele produz uma tensão de saída proporcional a inclinação da função de entrada ( taxa de variação ). 
1.6 Integrador
O integrador é um circuito que executa a operação de integração, ou seja, é denominado assim pelo facto de que seu sinal de saída é integrado ( operação matemática ) em relação ao sinal de entrada que é semelhante a de soma, uma vez que constitui uma soma da área sob forma de onda ou curva em um período de tempo. Se uma tensão fixa for aplicada como entrada para um circuito integrador, a tensão de saída cresce sobre um período de tempo, fornecendo uma tensão em forma de rampa. A equação característica do integrador mostra que a rampa de tensão de saída ( para uma tensão de entrada fixa ) é oposta em polariade a tensão de entrada e é multiplicada pelo fator 1 / RC.
1.7 Amplificador Somador
O circuito amplificador somador é um circuito na qual o numero de entradas pode variar, assim sendo é ele que fornece um meio de somar algebricramente ( adicionando ) n tensões, cada um multiplicada por um fator de ganho constante. Em outras palavras, cada entrada adiciona uma tensão a saída, multiplicada plelo seu correspondente fator de ganho.
A figura abaixo mostra um circuito somador de n entradas.
 A tensão de saída V˳ é determinada por :
Concluão
Chegado o fim das análises apresentadas, percebemos que o amplificador operacional é um componente importantíssimo na eletronica moderna por ser excelentemente versátil, sendo um bloco fundamental na construção de circuitos analógicos.
A partir de diversas combinações de resistores e capacitores podemos criar qualquer circuito básico com Amp-op como: inversores, não inversores, somadores, integrados, etc, que possuem sempre um ganho, dependendo da configuração, na tensão de saída em relação a tensão de entrada.
Por porssuirem essas caracteristicas são usados em amplificação, controle,geração de formas de onda, em baixas frequencias até varios Megahertz, operações matematicas como soma, subtração, integração,derivação, etc. São também úteis em aplicações em instrumentação, sistemas de controle, sistemas de regulação de tensão e corrente, processamento de sinais, etc.
Bibliografia
Circuitos Básicos de Amplificadores Operacionais (Amp-Op) - Resumo - Este artigo - Docsity
Me Salva! AMP03 - O Amplificador Inversor - YouTube
file:///E:/docs/livros/33---amplificadores-operacionais-v2.0.pdf
O que são amplificadores operacionais? - Mundo da Elétrica (mundodaeletrica.com.br)