Os amplificadores operacionais são utilizados numa infinidade de soluções práticas que envolvam desde sinais de correntes contínuas até freqüências relativamente elevadas. Existem milhares de tipos de amplificadores operacionais e seus circuitos básicos são encontrados em praticamente qualquer aplicação eletrônica. A seguir, baseados no Application Note NA-106 da Analog Devices, fornecemos uma pequena coleção de circuitos básicos usando amplificadores operacionais. (2008)
Os circuitos dados a seguir se baseiam em amplificadores operacionais da Analog Devices. No entanto, as configurações podem também ser usadas com outros amplificadores, devendo em alguns casos apenas ser feita uma adequação de valores de componentes.
1. Amplificador para Servomotor
O circuito mostrado na figura 1 serve para controlar um servo motor com corrente até 200 mA.
Os transistores de saída podem ser os BD135 e BD135 que permitem controlar correntes até 500 mA sem problemas. A fonte de alimentação deve ser simétrica e o resistor R3 é calculado de modo se obter a realimentação desejada para o controle.
Pode-se utilizar transistores Darlington na saída como os pares TIP115 e 110, caso em que correntes maiores podem ser controladas, chegando a 1,5 A.
2. Amplificador com Ganho Controlado
Com o circuito mostrado na figura 2 é possível controlar digitalmente o ganho de um amplificador operacional. Foi usado nessa configuração o DAC da Analog PM-7541 de 12 bits, o que dá uma faixa de controle de 0 a 1024 com 10 bits e até 4098 com 12 bits.
O amplificador operacional OP-41 que possui entrada com JFET tem uma impedância de entrada muito alta, o que garante a precisão do controle de ganho.
Observe a necessidade de fonte de alimentação simétrica e a faixa de tensões de entrada de ajuste do DAC vai de 12,5 mV a 10 mV dependendo da faixa de ganhos desejada.
Com entrada 0 temos a operação em open loop e com entrada 4095 o ganho é de -100024. Na tabela abaixo temos a escala de ganhos obtida.
A mesma configuração pode ser adaptada para operar com outros amplificadores operacionais e também com DACs de outras características.
Uma aplicação importante para esse circuito é em instrumentação, onde tensões muito baixas podem ser medidas com precisão. Essas tensões podem chegar à faixa dos microvolts.
3. Fonte de Corrente bilateral
Na figura 3 temos uma fonte de corrente que pode ser tanto positiva como negativa, dependendo da polaridade da tensão de entrada. Observe a necessidade de se utilizar resistores de precisão nesse circuito.
A fonte de alimentação deve ser simétrica e o trimpot faz o ajuste da faixa de correntes. A corrente de saída é de 20 mA e a tensão máxima de entrada de 200 mV.
4. Comparador de Alta Sensibilidade
Apresentamos a seguir um comparador com resolução de sinais na faixa dos submicrovolts. O par de transistores casados é importante para que as características do circuito sejam mantidas. Existem equivalentes de pares casados que podem ser usados nessa configuração.
O circuito operacional trabalha sem realimentação gerando um sinal compatível com TTL. Os diodos Schottky funcionam como proteção contra o overdriving e evitam a saturação do transistor de saída.
O circuito opera com fonte simétrica de 5 V. Nas aplicações normais, um dos terminais de entrada é aterrado de modo que a rejeição em modo comum não é das maiores. No entanto, o elevado ganho do OP-50 permite que diferenças de tensão da ordem de microvolts sejam detectadas.
O circuito não é dos mais rápidos, mas pode detectar diferenças de sinais da ordem de 0,3 uV. Para se obter transições mais agudas pode-se usar um disparador de Schmitt. Na figura 4 temos circuito para essa aplicação.
5. Oscilador Triangular versátil
O circuito mostrado na figura 5 gera sinais triangulares na faixa de 100 Hz a 500 kHz, dependendo dos valores dos resistores usados. Para essa faixa R1 deve estar entre 15 M ? e 3 k ?.
A amplitude dos sinais é de 20 Vpp e a fonte de alimentação deve ser simétrica de 15 + 15 V.
Observe que o circuito também possui uma saída de sinais retangulares de 6,2 V de amplitude. Para manter a amplitude dos sinais de saída retangulares são usados dois diodos zener. Os valores desses diodos podem ser alterados.
6. Detector de Luz de Faixa Dinâmica Ampla
O circuito mostrado na figura 6 usa um foto-diodo como elemento sensor e tem como principal característica apresentar uma faixa dinâmica muito ampla. A tensão de saída é proporcional à intensidade da luz numa faixa de 60 dB.
A tensão de polarização é de apenas 5 pA, pois o amplificador operacional usado tem uma resistência de entrada extremamente elevada.
7. Comparador de janela programável digitalmente
O circuito mostrado na figura 7 determina uma janela na intensidade dos sinais de entrada que podem passar, mudando o estado da saída. Trata-se da conhecida configuração denominada "comparador de janela" .
No caso são usados dois DACs de 8 bits para determinar a janela do sinal a ser processado, mas de forma digital.
Os amplificadores operacionais usados possuem elevada impedância de entrada o que garante a precisão do circuito.
Veja que os DACs usados são do tipo com latch de modo a manter a programação dos sinais separadamente de modo a determinar ganhos diferentes para os dois amplificadores operacionais de controle que são do tipo OP-420.
8. Filtro Rejeitor de Alto Q
O circuito que mostramos na figura 8 rejeita as freqüências em torno do valor para o qual foi calculado. As fórmulas que permitem determinar a freqüência em função dos componentes são dadas junto ao diagrama.
A elevada impedância de entrada do amplificador operacional permite o uso de resistores de valores elevados e com isso é possível obter um fator Q elevado.
A fonte de alimentação deve ser simétrica e outros amplificadores operacionais de mesmas características devem ser utilizados. Observe que os componentes do duplo T devem manter a relação de valores indicadas pelas fórmulas.
9. Amplificador para transdutor piezoelétrico
Os amplificadores operacionais com transistores de efeito de campo na entrada são ideais para aplicações em que as fontes de sinais são de alta impedância, como no caso de transdutores piezoelétricos.
O circuito apresentado na figura 9 tem essas características, possibilitando o uso de resistores de polarização de valores muito altos.
A rede formada por R1 e C1 determina o corte inferior da faixa de freqüências.
A fonte de alimentação usada deve ser simétrica e amplificadores operacionais de mesmas características podem ser usados.
10. Referência de Tensão de Alta Estabilidade
Na figura 10 temos nosso circuito final que consiste numa referência de tensão de alta estabilidade, proporcionando uma tensão de 10 v na saída, praticamente independente das variações da tensão de entrada.
A corrente no diodo zener é de apenas 2 mA, valor mantido por R1. Para que a estabilidade seja mantida nessa fonte, o resistor deve ser do tipo 5 ppm/oC e o diodo deve ter um coeficiente de 1 ppm/oC.
Conclusão
As sugestões de circuitos básicos usando amplificadores operacionais que vimos são excelentes para utilização no desenvolvimento de projetos ou ainda para testes de bancada.
Evidentemente, em muitos casos, a configuração testada pode depois ser implementada num circuito integrado apropriado, caso se trate de um produto de consumo.
