amplificadores

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2.7 - Amplificadores

2.7.1 - Amplificadores operacionais

741 O amplificador operacional 741 é um dos circuitos integrados clássicos da eletrônica. Ele é o amplificador operacional genérico com o qual todos os outros são comparados. Faremos uma descrição sumária de suas propriedades e dos circuitos básicos mais comuns que o utilizam.

O 741 exige uma fonte de alimentação simétrica e seu funcionamento pode ser resumido da seguinte forma: Uma tensão aplicada à entrada não inversora (+) é subtraída da tensão aplicada à entrada inversora (-) e a diferença é amplificada cerca de 100.0 vezes, ou seja, o 741 tem um "ganho" de cerca de 100.0. Ele possui uma impedância de entrada muito alta, cerca de 2MΩ (dois milhões de ohms), e uma impedância de saída baixa (cerca de 75Ω). Isto significa que o 741 coloca o sinal amplificado na sua saída quase sem consumir corrente na entrada. A sua saída, apesar da baixa impedância, está limitada a uma pequena corrente, cerca de 20mA.

O 741 utilizado com ganho total (100.0), somente tem aplicação como comparador de tensão (figuras 2.7.2 e 2.7.3). Neste caso, uma pequena diferença de tensão entre as entradas (+) e (-) é amplificada 100.0 vezes, levando a tensão de saída a um valor próximo da tensão de alimentação positiva ou negativa, dependendo do sinal da diferença e da configuração do circuito como inversor ou não inversor.

Utilizando dois resistores, os amplificadores operacionais podem ser levados a ter um ganho programado. Os dois resistores fazem parte de um circuito de realimentação negativa, onde parte do sinal de saída é levado à entrada, compensando o excesso de amplificação e "travando" o amplificador em um determinado ganho.

Os circuitos amplificadores podem ser inversores ou nãoinversores. Os inversores amplificam a tensão, mas sua saída tem polaridade oposta à do sinal de entrada. Os não inversores amplificam a tensão sem alterar sua polaridade.

O amplificador inversor é apresentado na figura 2.7.4 e o fator de amplificação é dado pela fórmula:

Ganho=−R2 R1

Figura 2.7.2 - Comparador de tensão nãoinversor.

Figura 2.7.3 - Comparador de tensão inversor

Figura 2.7.1 - Pinos do 741 offset offset +V inversora (-) não invers. (+)saída

Vent Vsai

0V Vent

Vsai

Vent Vsai

-Vent Vsai

0V Vent

Vsai

Vent Vsai

O amplificador não inversor é apresentado na figura 2.7.5, e seu ganho é:

Ganho=1 R1 R2

A impedância de entrada no circuito amplificador inversor é determinada pelo resistor R1. Ou seja: se este resistor for de 10kΩ, esta será a impedância de entrada do amplificador. Já no circuito não inversor, a impedância de entrada é a própria alta impedância do amplificador operacional.

A amplificação também pode ser programada para ser igual a 1 , usando o circuito da figura 2.7.6. Neste caso, o amplificador operacional funciona apenas como um reforçador de sinal que, devido à sua alta impedância de entrada, faz uma espécie de isolamento do circuito. Este tipo de circuito é chamado de buffer e permite "copiar" uma tensão sem interferir no respectivo circuito, particularmente se o amplificador operacional tiver a altíssima impedância de entrada da tecnologia mosfet, como o CA3140, descrito mais adiante.

A versão inversora do buffer descrito acima, mostrada na figura 2.7.7, simplesmente inverte o sinal da tensão de entrada. Neste caso, como no amplificador não inversor, a impedância de

Figura 2.7.5 - Amplificador não inversor.Figura 2.7.4 - Amplificador inversor.

Vent

0V Vent

0V Vsai

Vent Vsai

-Vsai x Vent

Figura 2.7.6 - Buffer não inversor.

Figura 2.7.7 - Buffer inversor com impedância de 15kΩ.

Vent

0V Vent

0V Vsai

Vent Vsai

-Vsai

Vsai =R2 R1 x Vent negativo! determina a impedância

Vent +- Vsai = -Vent

Vent +

-Vsai=Vent entrada é determinada pelo resistor. O 741 possui também dois pinos chamados "offset null". Estes pinos existem porque quando as duas tensões de entrada são iguais a zero, a saída do 741 não é perfeitamente zero, existindo uma tensão residual da ordem de microvolts ou milivolts. Para aplicações de grande amplificação que exigem precisão absoluta, um potenciômetro ligado entre estes dois terminais e a alimentação negativa (figura 2.7.6) fará o ajuste que anulará esta tensão residual.

LM358 Este é um chip que possui dois amplificadores operacionais que podem ser alimentados por uma fonte simples (não simétrica) que pode ir de 3 a 32 volts. Sua saída fica sempre em uma faixa de voltagens que se estende de um valor um pouco acima de zero até cerca de 2 volts abaixo da tensão de alimentação +V.

CA3140 É um amplificador operacional com pinagem igual à do 741 e características elétricas semelhantes mas, por usar tecnologia CMOS, possui uma impedância de entrada praticamente infinita (1,5TΩ).

Figura 2.7.6 - Ajuste de offset.

Figura 2.7.7 - LM 358.

Terra inversora 2 (-) não invers.2 (+) saída 1 saída 2

2.7.2 - Amplificadores de áudio

LM386 O LM386 é um amplificador de áudio completo de 0,325W em um chip. Sua utilização mais comum é a apresentada na figura 2.7.8. O seu ganho é fixado em 20. Ou seja, o sinal na saída é, em volts, vinte vezes maior que na entrada. Este ganho pode ser aumentado para 200 com a adição de um capacitor eletrolítico ao circuito, ou para qualquer valor entre 20 e 200 com a adição de um capacitor eletrolítico e um resistor.

O LM386 não se comporta como um amplificador operacional comum. Além de multiplicar a tensão de entrada por 20 (ou mais), ele soma aproximadamente a metade da tensão de alimentação a este sinal. Ou seja, traz todas estas variações para a faixa de tensões entre zero e a tensão positiva de alimentação, dispensando o uso de fontes simétricas. Quando não existe nenhuma tensão na entrada, a tensão na saída será um valor aproximadamente igual a metade da tensão de alimentação. Esta é a "tensão base". Um sinal positivo (em relação ao terra) aplicado à entrada será multiplicado por 20 e somado à tensão base. Um sinal negativo (em relação ao terra) aplicado à entrada será multiplicado por vinte e subtraído da tensão base.

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