Amplificador Inversor Op Amp: Circuito Amplificador Operacional

O circuito de amplificador operacional para um amplificador inversor oferece alto desempenho com valores fáceis de calcular e várias opções de fonte de alimentação, acoplamento CA e similares.

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Tutorial de Amplificador Operacional Inclui:

Introdução | Resumo de Circuitos | Amplificador Inversor | Amplificador Somador | Amplificador Não-inversor | Amplificador de Ganho Variável | Filtro Ativo Passa-Alta | Filtro Ativo Passa-Baixa | Filtro Passa-Banda | Filtro Notch | Comparador | Gatilho de Schmitt | Multivibrador | Bistável | Integrador | Diferenciador | Oscilador Wien Bridge | Oscilador de Deslocamento de Fase

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O circuito amplificador inversor de amp op é muito fácil de projetar e pode ser implementado com um número muito limitado de componentes eletrônicos adicionais.

Em sua forma mais simples, o amplificador inversor de amp op requer apenas o uso de dois resistores adicionais para serem incluídos no processo de projeto do circuito eletrônico. Isso torna o circuito muito simples e fácil de implementar, ao mesmo tempo em que oferece um alto nível de desempenho.

Este amplificador inversor também pode ser usado como um misturador de terra virtual ou amplificador somador, mas também vale a pena notar que a impedância de entrada deste circuito de amplificador operacional não é tão alta quanto o formato inversor. Como um amplificador somador, este circuito de amplificador operacional encontra muitas aplicações em mixers de áudio, bem como muitos outros projetos de circuitos eletrônicos onde as tensões precisam ser somadas.

Para muitas pessoas, o amplificador inversor de amplificador operacional é sua forma favorita de circuito amplificador com um processo de design de circuito fácil e altos níveis de desempenho.

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CIRCUITO AMPLIFICADOR INVERSOR DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL

O diagrama básico para o circuito amplificador operacional inversor é bastante direto e precisa apenas de alguns componentes eletrônicos além do próprio circuito integrado do amplificador operacional.

Obviamente o circuito é baseado em um amplificador operacional, que é um amplificador diferencial com duas entradas: inversora e não inversora.

O circuito consiste em um resistor do terminal de entrada para a entrada inversora do circuito e outro resistor conectado da saída para a entrada inversora do amplificador operacional. A entrada não inversora é conectada ao terra.

Neste circuito de amplificador operacional, o feedback é determinado pelo resistor da saída para a entrada inversora e a resistência geral da entrada inversora para o terra, ou seja, o resistor de entrada, bem como a resistência da fonte do sinal.

INVERSÃO DO GANHO DO AMPLIFICADOR

Uma das principais características do circuito amplificador inversor é o ganho geral que ele produz. Isso é bem fácil de calcular.

É simples determinar o ganho deste circuito de amplificador operacional. O ganho de tensão, Av, é na verdade a tensão de saída (Vout) dividida pela tensão de entrada (Vin), ou seja, é o número de vezes que a tensão de saída é maior que a tensão de entrada.

Também é fácil determinar a equação para o ganho de tensão. Como a entrada do amplificador operacional não consome corrente, isso significa que a corrente que flui nos resistores R1 e R2 é a mesma. Usando a lei de ohms Vout /R2 = -Vin/R1. Portanto, o ganho de tensão do circuito Av pode ser tomado como:

Onde:
Av = ganho de tensão
R2 é o valor do resistor de feedback
R1 é o valor do resistor de entrada

Como exemplo, um amplificador que requer um ganho de dez pode ser construído fazendo R2 47 kΩ e R1 4,7 kΩ, pois a razão entre os dois resistores é dez. Igualmente o mesmo ganho pode ser obtido usando um resistor de 33kΩ para R2 e um resistor de 3,3kΩ para R1.

Embora quase qualquer conjunto de valores possa ser escolhido para R1 e R2, a chave para a seleção real geralmente repousa em outros aspectos, como a resistência de entrada, como veremos abaixo, e também em manter os valores dos resistores dentro de limites razoáveis, conforme detalhado em a seção de dicas e sugestões abaixo.

IMPEDÂNCIA DE ENTRADA DO AMPLIFICADOR INVERSOR

Muitas vezes é necessário conhecer a impedância de entrada de um circuito e, neste caso, do amplificador inversor. Um circuito com baixa impedância de entrada pode carregar a saída do circuito anterior e pode dar origem a efeitos como alterar a resposta de frequência se os capacitores de acoplamento não forem grandes.

É muito simples determinar a impedância de entrada de um circuito amplificador operacional inversor. É simplesmente o valor do resistor de entrada R1.

É fácil raciocinar porque a impedância de entrada para o circuito amplificador é igual a R1.

A entrada não inversora está conectada ao terra e, portanto, está adequadamente no potencial de terra.

O ganho do amplificador operacional é muito alto, isso significa que para saídas dentro da tensão do trilho, que é para um amplificador analógico, a diferença de tensão entre as entradas inversoras e não inversoras deve ser muito pequena. Como a entrada não inversora está no terra, a entrada inversora deve estar virtualmente no terra. É por esta razão que o circuito é por vezes referido como um amplificador de terra virtual.

SUGESTÕES E DICAS DE DESIGN DE AMPLIFICADOR INVERSOR DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL

O amplificador inversor de amplificador operacional é muito fácil de projetar, mas como em qualquer projeto, existem algumas dicas e sugestões que podem ser úteis.

• Não faça R2 muito alto: Embora a impedância de entrada dos amplificadores operacionais seja alta, em qualquer circuito de amplificador operacional é sempre melhor garantir que o valor de R2 não seja escolhido muito alto, caso contrário outros efeitos do circuito podem carregá-lo e o o valor do ganho pode não ser o esperado. Muitas vezes, é aconselhável manter o valor de R2 abaixo de 100kΩ como regra geral.
• Não faça R1 muito baixo: Também é aconselhável não fazer o valor de R1 muito baixo neste circuito de amplificador operacional. Lembre-se que ele determina a resistência de entrada do circuito amplificador inversor. Se CA acoplar o circuito de entrada, o valor do capacitor de acoplamento em série precisará ser escolhido de modo que sua reatância seja suficientemente baixa nas frequências mais baixas necessárias. Diminuir o valor de R1 aumenta o valor do capacitor necessário. Também tornar R1 muito baixo aumenta a carga no estágio anterior.
• Lembre-se da largura de banda: Embora os amplificadores operacionais tenham um alto valor de ganho, ele começa a cair em frequências crescentes. Mesmo com realimentação no amplificador inversor, o produto de ganho de largura de banda precisa ser considerado. Não tente obter muito ganho de um circuito de amplificador operacional de estágio único, caso contrário, a resposta de frequência pode sofrer.

Estas são apenas três dicas para o projeto do circuito de um amplificador inversor de amplificador operacional que foram consideradas úteis ao longo dos anos. O conceito principal é manter a mente aberta quanto às coisas que podem acontecer no circuito em circunstâncias incomuns. Também ajuda a não esticar muito o projeto do circuito, esperando demais de um único estágio. Ter as dicas e esses pontos em mente ao projetar o circuito pode ajudar a evitar problemas mais tarde.

OPERAÇÃO DE TERMINAÇÃO SIMPLES DO AMPLIFICADOR INVERSOR

Normalmente, um circuito de amplificador operacional será operado a partir de fontes diferenciais, por exemplo, +12V e -12V. Isso é bastante aceitável em muitas aplicações, mas em muitos projetos de circuitos eletrônicos apenas uma fonte pode estar disponível.

Nessas circunstâncias, é relativamente fácil implementar o que é chamado de versão de terminação única do circuito amplificador operacional do amplificador inversor – isso usa apenas uma fonte e terra.

A versão de alimentação de tensão única do circuito do amplificador operacional para o circuito do amplificador inversor usa mais componentes quando comparada à versão de trilho duplo, mas o design dos elementos do amplificador permanece o mesmo.

Efetivamente, um ponto intermediário é criado para a entrada não inversora. E desta forma o amplificador operacional vê as mesmas condições como se estivesse operando a partir de uma fonte dupla.

Alguns pontos a serem observados para o processo de projeto de circuitos eletrônicos:

• Meio ponto de alimentação: Um ponto com metade da tensão de alimentação é definido para conectar à entrada não inversora. Isso é criado pela cadeia divisora ​​de potencial que consiste nos resistores R3 e R4. Tendo em vista a alta impedância de entrada do amplificador operacional, valores de algo como 47kΩ podem ser usados ​​- a corrente exigida pela entrada do amplificador operacional será pequena e esses valores serão bons para a maioria dos amplificadores operacionais. Se os valores forem escolhidos muito altos, a impedância da entrada inversora pode compensar a tensão.
• Desacoplamento: A alimentação de meio trilho requer desacoplamento ao aterramento porque a entrada inversora precisa aparecer como um aterramento de sinal enquanto também é mantida na meia tensão de alimentação. O valor do capacitor C1 é escolhido de modo que sua impedância seja a mesma dos resistores R3 e R4 em paralelo na frequência mais baixa necessária – isso dá um ponto de -3dB nessa frequência. Se for necessária uma resposta totalmente plana abaixo disso, um capacitor maior deve ser usado.
  
  Por ter resistores de valor relativamente alto para R3 e R4, o valor do capacitor não precisa ser muito alto para permitir que um valor baixo para o ponto de interrupção de baixa frequência seja obtido.
• Escolha da tensão de meio trilho: A tensão de meio trilho é escolhida para ser próxima de 50% do trilho. Desta forma, o circuito permitirá a maior oscilação da tensão de saída para cima e para baixo sem corte.
  
  Deve-se tomar cuidado para garantir que a tensão geral do trilho seja suficiente para a operação correta do amplificador operacional – consulte a folha de dados para garantir que o valor do trilho escolhido seja aceitável para o amplificador operacional escolhido.
• Acoplamento de circuito: Um amplificador inversor de amplificador operacional de trilho de tensão de extremidade única requer as entradas para o AC acoplada. Os capacitores C2 e C3 devem ser escolhidos para passar as frequências de sinal mais baixas sem atenuação indevida.
  
  Esses capacitores devem ser escolhidos de modo que sua impedância corresponda à impedância do circuito na frequência mais baixa necessária. Isso torna este ponto o ponto -3dB para cada um desses circuitos.
  
  Lembre-se de que a impedância de entrada do circuito pode ser a de R2, supondo que o circuito seja acionado por uma fonte de baixa impedância. Para o circuito de saída, pode-se assumir que o amplificador operacional tem impedância zero para este cálculo e, portanto, a resistência ou impedância para o circuito de saída é a da carga pretendida.

A versão de trilho de extremidade única do circuito de amplificador operacional encontra aplicações onde apenas um trilho de alimentação de tensão está disponível. Muitas vezes, os circuitos que funcionam com baterias terão apenas uma fonte e essa solução é frequentemente empregada nessas aplicações.

Existem alguns amplificadores operacionais projetados para operar em um modo de terminação única, mas essa abordagem pode ser adotada para amplificadores operacionais disponíveis.

Um amplificador operacional é um amplificador diferencial e, portanto, existem duas entradas: para o amplificador inversor, a realimentação negativa da saída e o sinal de entrada são aplicados à entrada inversora, enquanto a entrada não inversora é levada ao terra.

O circuito do amplificador operacional para o amplificador inversor oferece muitas vantagens, incluindo impedância de entrada relativamente baixa, impedância de saída baixa e o nível de ganho necessário (dentro dos limites do amplificador operacional e do ganho exigido do circuito geral. Também requer muito poucos componentes eletrônicos para produzir um circuito de alto desempenho.

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