Introdução
Após termos aprendido as leis e teoremas básicos da análise de circuitos, agora estamos prontos para estudar um elemento de circuito ativo de grande importância: o amplificador operacional (ou AOP), que é um componente básico dos circuitos
O amplificador operacional é uma unidade eletrônica que se comporta como uma fonte de tensão controlada por tensão. Ele também pode ser empregado na construção de uma fonte de corrente controlada por corrente ou tensão. Um AOP é capaz de adicionar sinais, amplificar um sinal, integrá-lo ou diferenciá-lo. Essa habilidade em realizar operações algébricas é a razão para ele ser chamado de amplificador operacional. Esse também é o motivo para o seu amplo uso em projetos analógicos. Os amplificadores operacionais são conhecidos em projetos de circuitos práticos, pois são versáteis, baratos, fáceis de usar e muito utilizados por projetistas. Iniciaremos discutindo o AOP ideal e, posteriormente, avaliaremos o AOP real. Empregando a análise nodal como ferramenta, levamos em conta circuitos com amplificadores operacionais ideais como inversor, seguidor de tensão, somador e amplificador diferencial.
Um AOP é projetado de forma a executar algumas operações matemáticas nos seus terminais. Portanto, Amplificador operacional é um elemento de circuito ativo projetado para executar operações matemáticas de adição, subtração, multiplicação, divisão, diferenciação e integração. Ele é um dispositivo eletrônico formado por um complexo arranjo de resistores, transistores, capacitores e diodos.
Os AOPs são encontrados no mercado em circuitos integrados sob diversas formas. A Figura 1 ilustra um circuito integrado de AOP comum. Uma forma conhecida é o Dual In-line Package (DIP) de oito pinos, mostrado na Figura 2a. O pino ou terminal 8 não é utilizado, e os terminais 1 e 5 são de pequeno interesse para nós. Os cinco terminais importantes são:
Entrada inversora, pino 2.
Entrada não inversora, pino 3.
Saída, pino 6.
Fonte de alimentação positiva V +, pino 7.
Fonte de alimentação negativa V –, pino 4.
Figura 1. Um AOP típico. | (Alexander; Sadiku, 2013)
Figura 2. AOP comum: (a) pinagem; (b) símbolo representativo em circuitos. | Fonte: Alexander; Sadiku, 2013.
O símbolo representativo em circuitos para um AOP é o triângulo indicado na Figura 2b; conforme mostrado, ele possui duas entradas e uma saída, nas quais as entradas são marcadas com sinais negativo (–) e positivo (+) para especificar, respectivamente, entradas inversora e não inversora. Uma entrada aplicada ao terminal não inversor aparecerá com a mesma polaridade na saída, enquanto uma entrada aplicada ao terminal inversor aparecerá invertida na saída.
Como um elemento ativo, o AOP deve ser alimentado por uma fonte de tensão, conforme ilustrado na Figura 3.
Figura 3. Alimentando o AOP | (Alexander; Sadiku, 2013)
Embora, para simplificar, as fontes de alimentação muitas vezes sejam ignoradas em diagramas de circuitos com AOPs, as correntes das fontes de alimentação não devem ser menosprezadas. Pela LKC,
Equação 1: