O amplificador operacional possui cinco pinos principais. Explique cada um deles, modelando matematicamente a saída.
Passo 1
O enunciado pede para identificar e explicar os cinco pinos principais de um amplificador operacional e, em seguida, escrever a expressão matemática que relaciona a tensão de saída com as tensões aplicadas nas entradas. O conteúdo envolve eletrônica básica de amplificadores diferenciais e modelagem da saída em circuito aberto.
Passo 2
O pino de entrada não inversora é marcado como (+). Nele aplicamos a tensão V_{+}. Esse pino tem alta impedância de entrada, ou seja, praticamente não drena corrente do circuito que o alimenta. Ele “lê” o potencial sem influenciar quase nada na fonte de sinal.
O pino de entrada inversora é marcado como (-). Nele aplicamos a tensão V_{-}. Assim como o pino não inversor, também tem alta impedância de entrada. A diferença é que qualquer sinal aplicado aqui é somado com sinal de realimentação – o que faz o amplificador reagir invertendo a fase do que entrar nesse pino.
Passo 3
O pino de saída é onde aparece a tensão V_{o}. Esse pino tem baixa impedância de saída, o que significa que ele consegue fornecer corrente ao estágio seguinte. É o nó de onde retiramos o sinal amplificado.
Passo 4
O pino V_{CC}^{+} (ou simplesmente V_{+} na alimentação) fornece o rail positivo de tensão que limita a amplitude máxima de saída. Sem essa fonte, o amplificador não consegue gerar um nível de saída acima de zero (ou acima da tensão de referência).
O pino V_{CC}^{-} (ou V_{-} da alimentação) é o rail negativo de tensão, que limita a amplitude mínima (mais negativa) que V_{o} pode assumir. Em muitos casos é terra (0 V), mas em projetos simétricos costuma ser uma tensão negativa.
Passo 5
Em circuito aberto, desprezando correntes de entrada, a saída de um amplificador operacional ideal faz
V_{o} = A\,\bigl(V_{+} - V_{-}\bigr)
onde A é o ganho diferencial de malha aberta (típico: 10^{5} a 10^{6}). Na prática, quando A\to\infty, qualquer pequena diferença V_{+}-V_{-} leva V_{o} a saturar nos limites dos rails:
– Entrada não inversora (+): lê V_{+}, alta impedância.
– Entrada inversora (-): lê V_{-}, alta impedância e inverte fase.
– Saída: fornece V_{o}, baixa impedância.
– Rail positivo V_{CC}^{+}: limita valor máximo de V_{o}.
– Rail negativo V_{CC}^{-}: limita valor mínimo de V_{o}.
Expressão ideal da saída:
V_{o} = A\,(V_{+} - V_{-}),
saturando em \pm V_{CC} quando |A\,(V_{+}-V_{-})| excede os rails.