Um seguidor de tensão recebe Vin
. Determine Vout e explique por que esse circuito não é considerado um amplificador de tensão.
Passo 1
O enunciado dá a tensão de entrada
em um “seguidor de tensão” e pede duas coisas:
- Determinar
. - Explicar por que esse circuito não é considerado um amplificador de tensão.
Informações relevantes fornecidas: apenas o valor de
. Não há indicação explícita do tipo de seguidor (se é seguidor com amplificador operacional ou seguidor emissor com transistor), nem das tensões de alimentação do circuito. Entretanto a expressão “seguidor de tensão” normalmente refere-se a um circuito cuja tensão de saída acompanha a tensão de entrada (ganho de tensão aproximadamente igual a 1).
Passo 2
Escolha do método e justificativa:
- Vou assumir primeiro o caso mais comum em eletrônica básica para “seguidor de tensão”: o seguidor com amplificador operacional em configuração de ganho unitário (laço de realimentação negativa direto do saída para a entrada inversora). Esse é o uso mais típico do termo em aulas e provas (e é o método mais direto para mostrar por que o circuito não amplifica tensão).
- Vou também comentar, depois, o caso alternativo do seguidor emissor (transistor), porque às vezes o termo refere-se a ele; assim fica claro a diferença prática (queda de tensão
).
Passo 3
Conceito básico do amplificador operacional (ô): como modelar o seguidor ideal e o seguidor com ganho finito.
- Um amplificador operacional ideal tem ganho em malha aberta muito grande. Em modelo genérico com ganho finito, a saída satisfaz
onde
é o ganho em malha aberta (muito grande),
é a entrada não inversora e
é a entrada inversora.
- No seguidor de tensão com realimentação direta (entrada não inversora recebe
e a saída é ligada ao terminal inversor), vale e . Substituindo na relação acima:
- Agora resolvemos essa equação para
. Agrupando termos:
- Portanto
- Interpretação: para um amplificador com
muito grande (modelo ideal ),
portanto
Ou seja, no caso ideal
. Para um
finito, o erro é pequeno: a diferença é
por exemplo se
e
então a diferença é
(algumas dezenas de µV), desprezível na maioria dos casos.
Passo 4
Conclusão prática para o caso do seguidor com amplificador operacional:
- Admitindo que o amplificador operacional tem alimentação que permita a saída em
(isto é, as rails de alimentação estão acima de ou o amplificador é rail-to-rail), então
com erro muito pequeno em relação a
.
- Observação importante: se a tensão de alimentação do op-amp não permitir atingir
na saída (por exemplo, op-amp alimentado em a normalmente consegue, mas se fosse a não conseguiria), a saída ficará limitada perto da máxima que o op-amp permite. Então a igualdade exata só vale se as tensões de alimentação comportarem.
Passo 5
Por que esse circuito não é considerado um amplificador de tensão?
- Definição prática: um amplificador de tensão tem ganho de tensão fechado diferente de 1 (normalmente maior que 1) — ele “amplifica” a amplitude da tensão de entrada.
- No seguidor de tensão a relação fechada entre saída e entrada é essencialmente
ou seja, o ganho de tensão fechado é
. Não há aumento da amplitude da tensão, apenas reprodução dela na saída.
- O objetivo do seguidor é outro: fornecer isolamento entre fonte e carga — ele apresenta alta impedância de entrada (não “carrega” o sinal de entrada) e baixa impedância de saída (consegue fornecer corrente para cargas pesadas). Ou seja, ele fornece ganho de corrente e capacidade de dirigir carga, não ganho de tensão. Em prova, costuma-se dizer: “não é amplificador de tensão porque o ganho de tensão é igual a 1”.
Passo 6
Breve comentário sobre o seguidor emissor (alternativa):
- Se por “seguidor de tensão” o enunciado significar um seguidor baseado em transistor NPN (emissor ligado à saída, base recebe
), então a saída no emissor vale aproximadamente
onde
em silício. Nesse caso, com
tem-se aproximadamente
.
- Esse circuito também não é um amplificador de tensão (o ganho de tensão é próximo de 1, ligeiramente menor), e sua função também é de adaptar impedâncias e fornecer corrente, mas com a queda
como limitação prática.
Resposta
Não é considerado um amplificador de tensão porque o ganho de tensão fechado é