Crie um circuito amplificador com OpAmp para cada um dos seguintes ganhos:
A v=2
A v=2
Passo 1
O enunciado pede: construir um circuito amplificador com OpAmp que tenha ganho igual a
.
Informações dadas:
Informações dadas:
- Ganho desejado:
.
Não há outras restrições (polaridade do ganho, valores de alimentação, impedâncias, op‑amp específico etc.).
Passo 2
Escolher uma topologia simples e direta: o amplificador não inversor. Vou primeiro explicar o princípio físico/ideal que usamos para projetar esse circuito, sem pular etapas.
Modelo ideal de um OpAmp em malha fechada (resumo útil):
- As correntes nas entradas são zero:
. Isso significa que praticamente não há corrente entrando em e . - Em configuração com realimentação negativa e ganho aberto muito grande, as tensões nas entradas ficam praticamente iguais:
. Na prática usamos a igualdade para cálculo de projeto (modelo de idealização muito usado em provas).
Descrição do amplificador não inversor:
- Entrada
vai para a entrada não inversora . - A entrada inversora
recebe uma fração da saída por meio de um divisor resistivo formado por (entre e ) e (entre e o terra). - Com as hipóteses ideais, temos
. O nó está em um divisor entre e o terra, portanto:
Igualando
a
obtemos a relação entre
e
.
Passo 3
Derivar a fórmula do ganho para o não inversor passo a passo.
Partindo de
isolamos
:
Portanto o ganho de tensão em malha fechada é
Esta é a fórmula que usamos para projetar o par de resistores.
Passo 4
Aplicar a condição
à fórmula e resolver o requisito de resistores.
Temos
Logo
Ou seja, para obter
na configuração não inversora basta que
e
tenham o mesmo valor.
Passo 5
Escolha prática de valores e justificativa pedagógica.
- Podemos escolher
. Esse valor é comum, evita correntes muito altas (se fossem por exemplo) e evita ruído térmico/offset muito grande que aparece com valores muito altos (por exemplo ). Valores entre e costumam ser práticos. - Com
temos:
e a relação de saída é
Passo 6
Descrição do circuito final (ligação dos terminais) e observações importantes para a prova e prática.
- Conexões:
-
→ entrada do OpAmp. -
( ) entre saída e entrada . -
( ) entre entrada e terra. - Terra comum do circuito ligada ao referencial do sinal.
- Alimentação do OpAmp: escolher tensões adequadas conforme o componente (ex.:
ou ou – se o OpAmp suportar single‑supply). Sem alimentação adequada a saída não se comporta.
-
- Observações úteis para prova:
- Se o enunciado obrigar ganho exatamente positivo e sem inversão, a topologia não inversora é a resposta direta.
- Se pedissem apenas magnitude do ganho (por exemplo
), poderia também usar amplificador inversor com (resultado com sinal negativo). Mas aqui queremos (positivo), então não inversor é a escolha natural. - Se for solicitado justificar escolha de valores, explique que usar
satisfaz a equação do ganho e escolha numérica típica por razões práticas.
- Exemplo numérico rápido: se
então .
Passo 7
Pontos finais que podem cair na prova: limitações reais
- Ganho de malha fechada é aproximado: depende do ganho aberto do OpAmp, mas para laços com realimentação negativa e OpAmp com ganho aberto elevado a aproximação é boa.
- Largura de banda: se o OpAmp tem ganho‑banda
, a largura de banda em malha fechada será aproximadamente . Para a largura será cerca da metade do . - Impedâncias: entrada do não inversor é alta (próxima da impedância de entrada do OpAmp) — bom para não carregar a fonte. A impedância de saída é baixa por causa da realimentação, mas atenção aos limites de corrente do OpAmp.
Resposta
Amplificador não inversor com
. Exemplo prático:
e
, de modo que
e
.