AMPOP não-inversor e Realimentação (feedback)

Realimentação e AMPOPs

Quando se trata de amplificador operacionais (AMPOP), realimentação é um dos princípios mais utilizados e, por isso, discutiremos a relação entre os dois neste post.

Este é o segundo post de uma série sobre realimentação, onde veremos sobre o AMPOP na configuração não-inversora. Se não viu, recomendo o post anterior Teoria: Realimentação (Feedback). No próximo post veremos o AMPOP na configuração inversora, que é um pouco mais complicada em relação ao funcionamento da realimentação.

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AMPOP não-inversor
AMPOP não-inversor

Sabe-se que um AMPOP (amplificador operacional) é um amplificador diferencial com ganho extremamente elevado.

AMPOP (amplificador operacional)
AMPOP (amplificador operacional)

Por ser um amplificador diferencial, ele possui duas entradas, uma positiva e outra negativa. Sua saída será o valor amplificado da diferença entre as entradas positiva e negativa.

$latex v_o = (v_{ip} – v_{in}) G $

Geralmente o ganho G de um AMPOP é cerca de 10⁶ (1 milhão), ou seja, para cada 1μV de diferença na entrada, teremos 1V na saída. Na maioria dos casos, um amplificador com um ganho tão grande não é necessário nem ideal, ainda mais quando o ganho pode variar ±10% ou mais.

A solução para reduzir o ganho de um AMPOP de forma robusta é a realimentação, que vimos no post anterior, citado acima. Agora veremos como funciona a realimentação dos amplificadores não-inversor.

AMPOP não-inversor

Como exemplo de realimentação negativa em AMPOPs, veremos como a realimentação atua nos AMPOPs na configuração não-inversora.

AMPOP não-inversor
AMPOP não-inversor

Na configuração não-inversora, o sinal de entrada (que vai ser amplificado) é colocado na entrada positiva (entrada não-inversora). O sinal de saída passa por um divisor resistivo (amostragem do sinal de saída) e realimentado através da entrada negativa (entrada inversora).

Relembrando do post anterior o diagrama de realimentação, onde temos o sinal em uma entrada positiva e o sinal de realimentação na entrada negativa. O sinal de realimentação vem da saída do amplificador.

Realimentação
Realimentação

No diagrama de realimentação o ganho G representa o AMPOP. Consideramos que o ganho do AMPOP é de 10⁶.

$latex G = v_o / (v_{ip} – v_{in}) = 10^6 = 1000000 $

O ganho H, por sua vez, representa a malha de realimentação. O valor de H é igual a razão entre a tensão da entrada negativa (vin) e a tensão de saída (vo), e depende apenas do divisor resistivo que R1 e R2 formam.

$latex H = v_{in} / v_o = R_2 / (R_1 + R_2) $

Podemos utilizar diretamente as resistências para calcular o ganho do amplificador realimentado.

$latex v_o = (v_{ip} – v_{in}) G $
$latex v_o = (v_i – \displaystyle\frac{v_o R_2}{R_1 + R_2}) G $
$latex v_o (1 + G \displaystyle\frac{R_2}{R_1 + R_2}) = v_i G $
$latex G_f = v_o/v_i $
$latex G_f = \displaystyle\frac{G}{1 + G R_2 / (R_1 + R_2)} $
$latex G_f = \displaystyle\frac{1}{1/G + R_2 / (R_1 R_2)} $

Mas também podemos utilizar diretamente o ganho de realimentação determinado no post anterior.

$latex Gf = \displaystyle\frac{G}{1 + GH} $
$latex Gf = \displaystyle\frac{G}{1 + G R_2 / (R_1 + R_2)} $
$latex Gf = \displaystyle\frac{1}{1/G + R_2 / (R_1 + R_2)} $

Quando o ganho do AMPOP é muito grande (G >> 1), esse ganho influenciará puco no ganho final do amplificador realimentado. Neste caso o ganho final será aproximadamente o inverso do ganho da malha de realimentação.

$latex Gf \approx 1/H \qquad \textrm{se } G \gg 1$
$latex Gf \approx (R_1 + R_2) / R_1 $
$latex Gf \approx 1 + R_1/R_2 $

E este é o ganho que estamos acostumados a ver quando se trata de AMPOPs não-inversores.

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Autor: Djones Boni

Engenheiro Eletricista.

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