Neste texto estarei apresentando o amplificador operacional inversor. Ao contrário do amp op não inversor em que o sinal de saída está em fase com o de entrada, no amplificador inversor o sinal de saída sofre uma defasagem de 180° em relação ao de entrada.
Em muitos casos práticos é interessante obter um sinal de saída invertido. Uma das características que diferenciam o amp op inversor do não inversor é o ganho de tensão estável. Esta propriedade permite a obtenção de outros tipos de circuitos para aplicações diferentes com amp op inversor.
A Figura 1 a seguir apresenta a conexão do amplificador operacional na configuração inversora.
O ganho em malha fechada do circuito pode ser obtido por análise de circuitos. Logo, o ganho de tensão é dado por:
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-R_1}{R_2}\end{equation}$$
Como dito anteriormente, o sinal de entrada é multiplicado por um ganho $A_{cl}$ e obtemos uma saída em defasagem à entrada de 180°. O sinal de saída é então:
$$\begin{equation}V_{out} = -A_{cl}*V_{in}\end{equation}$$
Exemplo de Simulação AOp Configuração Inversora
Para complementar este texto, decidi montar o circuito amplificador inversor na bancada para apresentar os resultados à vocês. Para o teste, utilizei os seguintes materiais:
➤ Osciloscópio analógico;
➤ Fonte de alimentação simétrica;
➤ Gerador de sinais (utilizado o computador como gerador);
➤ Protoboard;
➤ Fios e jumpers;
➤ $R_{1}$ = 100 KΩ;
➤ $R_{2}$ = 10 KΩ;
➤ AOp LM741 (clássico na eletrônica).
Para o gerador de sinais, utilizei um gerador de tons online, o Online Tone Generator, que para nosso teste serve muito bem. Tendo possibilidade de gerar ondas triangulares, retangulares e dente de serra. É claro que a resolução da placa de áudio irá definir a distorção do sinal de saída.
O esquema de conexão do circuito amplificador inversor é mostrado na Figura 4.
Para complementar, pesquisando no YouTube podemos encontrar um excelente canal de eletrônica e engenharia, o canal WR Kits do engenheiro Wagner Rambo. No vídeo a seguir ele explica o amp op inversor e realiza uma simulação no software LTSpice.
Em muitos casos práticos é interessante obter um sinal de saída invertido. Uma das características que diferenciam o amp op inversor do não inversor é o ganho de tensão estável. Esta propriedade permite a obtenção de outros tipos de circuitos para aplicações diferentes com amp op inversor.
A Figura 1 a seguir apresenta a conexão do amplificador operacional na configuração inversora.
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| Figura 1 - Circuito amplificador de tensão inversor. |
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-R_1}{R_2}\end{equation}$$
Como dito anteriormente, o sinal de entrada é multiplicado por um ganho $A_{cl}$ e obtemos uma saída em defasagem à entrada de 180°. O sinal de saída é então:
$$\begin{equation}V_{out} = -A_{cl}*V_{in}\end{equation}$$
Fixando-se o valor de $R_1$ ou $R_2$ podemos determinar ambos a partir de um determinado ganho de tensão. Algumas características do amp op inversor devem ser destacadas.
➤ Alta impedância de entrada;
➤ Baixa impedância de saída;
➤ Ganho de tensão estável;
➤ Tensão de saída amplificada defasada de 180° à de entrada.
Para verificarmos estes comportamentos vamos realizar uma simulação, comprovando nossas afirmações sobre o amp op inversor.
Exemplo de Simulação AOp Configuração Inversora
Vamos verificar o funcionamento do amplificador aplicando um sinal senoidal de 1 V de amplitude e 2 Hz de frequência. O ganho adotado será de $A_{cl}$ = 10, ou seja, teremos segundo a teoria uma senoide de 10 V de amplitude porém defasada de 180° do sinal de entrada.
Admitindo $R_1$ = 10K𝛺 obtemos um resistor $R_2$ de 1K𝛺. Enfim, reunindo todos os componentes escolhidos para a simulação.
➤ Amp Op LM358;
➤ R1 = 10K𝛺;
➤ R2 = 1K𝛺;
➤ Acl = 10;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.
➤ R1 = 10K𝛺;
➤ R2 = 1K𝛺;
➤ Acl = 10;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.
Para tal simulação foi montado o esquema que pode ser visto a seguir.
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| Figura 2 - Esquema de simulação do amp op inversor. |
Novamente dou ênfase a grande utilidade das janelas gráficas do Proteus que auxiliam muito nas análises. Devemos obter um sinal de saída, e conforme esperado pode ser visualizado a seguir.
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| Figura 3 - Gráfico das tensões do Amp Op inversor. |
Graficamente podemos conferir que conforme esperado o sinal de 1 V de amplitude aplicado na entrada do amplificador sofreu o ganho de 10 vezes. E obtemos na sua saída um sinal com amplitude de 10 V.
Observe que os sinais estão defasados de 180°.
Teste Prático do Circuito AOp Inversor
Teste Prático do Circuito AOp Inversor
Para complementar este texto, decidi montar o circuito amplificador inversor na bancada para apresentar os resultados à vocês. Para o teste, utilizei os seguintes materiais:
➤ Osciloscópio analógico;
➤ Fonte de alimentação simétrica;
➤ Gerador de sinais (utilizado o computador como gerador);
➤ Protoboard;
➤ Fios e jumpers;
➤ $R_{1}$ = 100 KΩ;
➤ $R_{2}$ = 10 KΩ;
➤ AOp LM741 (clássico na eletrônica).
Para o gerador de sinais, utilizei um gerador de tons online, o Online Tone Generator, que para nosso teste serve muito bem. Tendo possibilidade de gerar ondas triangulares, retangulares e dente de serra. É claro que a resolução da placa de áudio irá definir a distorção do sinal de saída.
O esquema de conexão do circuito amplificador inversor é mostrado na Figura 4.
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| Figura 4 - Esquema de conexão do AOp LM741 na configuração inversora. |
O sinal de entrada $V_{i}$ é um sinal senoidal com 0,1 V de pico e frequência de 10 KHz. Uma imagem da minha montagem em bancada pode ser vista na Figura 5.
Com o osciloscópio podemos obter o sinal de saída amplificado e defasado em 180° do sinal de entrada. Essas características podem ser visualizadas na Figura 6.
Do resultado experimental da Figura 6, podemos concluir que:
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-V_{o}}{V_{i}} = \frac{1,0}{0,1} = 10\end{equation}$$
E o ganho teórico é dado por:
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-R_{1}}{R_{2}} = \frac{100 K}{10 K} = 10\end{equation}$$
Logo, podemos verificar com resultados práticos o funcionamento do circuito amplificador na configuração inversora, utilizando o clássico LM741.
Considerações Finais
Na prática não há idealidades, ou seja, este modelo de amplificador inversor sofre pequenas variações, seja pela tolerância dos resistores ou mesmo pelo fato de não existir um amplificador de ganho infinito. Uma solução prática para este problema é substituir o resistor R1 da realimentação por um trimpot de modo que o ganho possa ser ajustado manualmente.
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| Figura 5 - Montagem em protoboard do LM741 na configuração inversora. |
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| Figura 6 - Sinal de saída amplificado do circuito amplificador inversor. |
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-V_{o}}{V_{i}} = \frac{1,0}{0,1} = 10\end{equation}$$
E o ganho teórico é dado por:
$$\begin{equation}A_{cl} = \frac{-R_{1}}{R_{2}} = \frac{100 K}{10 K} = 10\end{equation}$$
Logo, podemos verificar com resultados práticos o funcionamento do circuito amplificador na configuração inversora, utilizando o clássico LM741.
Considerações Finais
Na prática não há idealidades, ou seja, este modelo de amplificador inversor sofre pequenas variações, seja pela tolerância dos resistores ou mesmo pelo fato de não existir um amplificador de ganho infinito. Uma solução prática para este problema é substituir o resistor R1 da realimentação por um trimpot de modo que o ganho possa ser ajustado manualmente.
No mercado podemos encontrar diversos CI's Amp Op. O mais famoso e barato é o LM 741, também temos o LM 358. Há também CI's com quatro Amp Op, como por exemplo, o TL 074. Uma busca rápida em manuais ou no Google pode nos fornecer uma lista completa de Amp Ops comerciais.
Obviamente dos diversos Amp Ops que são comercializados cada um possui características que se enquadram em situações específicas e isso inclui uma despesa a mais no projeto, ou seja, o custo do CI acaba sendo maior.
Para complementar, pesquisando no YouTube podemos encontrar um excelente canal de eletrônica e engenharia, o canal WR Kits do engenheiro Wagner Rambo. No vídeo a seguir ele explica o amp op inversor e realiza uma simulação no software LTSpice.
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