Crie um circuito amplificador com OpAmp para cada um dos seguintes ganhos:
A v=3
A v=3
Passo 1
O enunciado pede: desenhar (criar) um circuito amplificador com OpAmp cujo ganho de tensão (ganho em malha fechada) seja
.
Informações dadas ou implícitas:
- Valor do ganho desejado:
. - Não foram dadas restrições sobre sinal (positivo/negativo), alimentação, impedâncias ou modelo do OpAmp.
- Não há figura enviada nem outros dados.
Objetivo nesta resolução: projetar um circuito prático e simples que entregue ganho
, explicando passo a passo a teoria necessária para entender e montar na prova e no laboratório.
Passo 2
Escolha do tipo de amplificador (topologia)
- Há duas topologias básicas que dão ganho com OpAmp: inversora e não inversora. Como o pedido é apenas o valor numérico do ganho
(positivo), a escolha mais direta e comum é a topologia não inversora porque: - entrega saída em fase com a entrada (ganho positivo);
- tem alta impedância de entrada (não carrega o circuito anterior);
- a fórmula do ganho é simples e fácil de memorizar/derivar para a prova.
- Então vou projetar um amplificador não inversor que realize
. Se for necessário ganho negativo (inversor) eu faria outra configuração, mas aqui o objetivo é o ganho positivo pedido.
Passo 3
Princípio e derivação do ganho do amplificador não inversor (aula rápida)
- Esquema conceitual: o sinal de entrada
é aplicado ao terminal não inversor do OpAmp. O terminal inversor recebe realimentação através de um divisor formado por (entre saída e ) e (entre e massa). A realimentação negativa ajusta até que seja igual a . - Para um OpAmp ideal em malha fechada com realimentação negativa, em regime linear vale a aproximação
. No não inversor, . - O nó
é o ponto entre e . Pela regra do divisor resistivo, é uma fração de :
- Igualando
a (condição de operação linear com realimentação negativa):
- Reorganizando para obter o ganho em tensão
:
Portanto a fórmula do ganho do não inversor é
onde:
-
é o ganho (sem unidade), -
é a resistência de realimentação (entre saída e ), -
é a resistência entre e massa.
Passo 4
Cálculo dos resistores para obter
- Usando a fórmula:
- Substituindo
:
Logo precisamos que
.
Escolha prática de valores:
- Para montagem prática, escolhe-se
numa faixa que não seja nem muito baixa (consome corrente excessiva) nem muito alta (sensível a ruído e correntes de polarização). Valores típicos: a . Um valor convencional e seguro é . - Com
temos . Esses são valores comerciais padronizados (E12/E24) fáceis de achar.
Verificação numérica do ganho com esses valores:
Passo 5
Descrição do circuito e instruções de montagem (passo a passo prático)
- Lista de componentes mínima:
- 1 OpAmp (ex.: LM358 para alimentação simples 0–12 V; se precisar de saída próxima das rails, escolher um opAmp rail-to-rail).
-
. -
. - Fonte de alimentação adequada ao OpAmp (por ex.
ou a dependendo do OpAmp). - Capacitores de desacoplamento:
entre e próximos ao CI. - (opcional) capacitor de acoplamento de entrada se desejar remover componente DC, por ex.
em série com e um resistor de polarização para massa.
- Ligações (texto descrevendo o diagrama):
-
-> terminal não inversor do OpAmp. - Terminal inversor
-> nó de ligação entre e . -
-> do nó ao . -
-> do nó ao terra (massa). -
-> saída do OpAmp. - Alimentar o OpAmp com
e conforme o componente escolhido; colocar capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação.
-
- Observações práticas:
- Impedância de entrada: em configuração não inversora, a impedância de entrada é alta (próxima da impedância de entrada do OpAmp), o que é bom para não carregar a fonte do sinal.
- Faixa de saída e saturação: escolher um OpAmp que suporte a amplitude de saída desejada; muitos OpAmps não são rail-to-rail e a saída fica a uma fração de volt das tensões de alimentação.
- Largura de banda: o ganho em malha fechada reduz a largura de banda útil. Verifique o produto ganho–largura de banda (GBW) do OpAmp; a largura de banda aproximada será
. - Correntes de polarização: se usar
muito grandes, as correntes de entrada podem introduzir erros DC; é um bom compromisso. - Decoupling: sempre colocar
entre cada rail e massa o mais próximo possível do CI para estabilidade.
- Teste básico:
- Aplicar um sinal senoidal pequeno em
e verificar em com um osciloscópio ou multímetro AC; a amplitude deve ser aproximadamente 3 vezes a de entrada (desde que não haja saturação).
- Aplicar um sinal senoidal pequeno em
Passo 6
Fórmula geral caso queira alterar os valores depois (receita de bolso para prova)
- Para qualquer ganho desejado
(não inversor), escolha um conveniente e calcule:
- Exemplo rápido: se escolher
e quiser , então (usar 91\ k\Omega + 3\ k\Omega em série ou um valor padronizado próximo).
Resposta
Amplificador não inversor com
e
conectado ao OpAmp (entrada em
, realimentação
do
para
,
de
para massa), resultando em
.