Amplificador Operacional - Amplificador Somador

O amplificador operacional conectado na configuração inversora permite produzir novas configurações como a que veremos hoje.

O amp op inversor com realimentação negativa possui ganho de tensão estável que pode ser projetado conforme a aplicação exigir. A existência do terra virtual permite que mais de um sinal seja aplicado a entrada inversora do amplificador. Por exemplo, consideremos a Figura 1 a seguir em que dois sinais são aplicados à entrada do amp op inversor.

Figura 1 - Circuito Amp Op Somador Para duas Entradas.

Pela existência do terra virtual (também chamado de curto-circuito virtual), podemos obter a tensão de saída dadas as tensões de entrada. Por meio da análise de circuitos, podemos escrever a saída como.

$$\begin{equation}V_{out} = -R_f*(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2})\end{equation}$$

Uma característica interessante é que cada entrada pode ter um valor de ganho, visto que $R_f$ é fixo e comum às duas entradas, logo $R_1$ e $R_2$ ajusta o ganho individual de cada entrada do amplificador somador.

Vale destacar também que o somador pode somar mais de uma entrada, ou seja, podemos aplicar mais sinais em mais entradas, sendo que o sinal de saída é soma dos sinais de entrada amplificado. Para n entradas distintas podemos ter.
$$\begin{equation}V_{out} = -R_f*(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}+...+\frac{V_n}{R_n})\end{equation}$$

Assim podemos somar mais de um sinal e obter o resultado amplificado na saída.

Para confirmarmos este pequeno trecho de teoria, vamos realizar uma simulação, somando dois sinais senoidais de amplitude $V_1$ = 25 mV e $V_2$ = 45 mV com mesma frequência (f = 2 Hz). Aplicando um ganho de tensão de 2,5. Para isso vamos utilizar os seguintes componentes:

➤ Amp Op LM358;

➤ R1 = 1K;

➤ R2 = 1K;

➤ Rf = 2,5K;

➤ Acl = 2,5;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.

O pequeno ganho de tensão é proposital, para que verifiquemos melhor os gráficos das tensões. O seguinte esquema foi montado no software de simulação.

Figura 2 - Esquema de Simulação.

Com a análise gráfica do software os seguintes sinais são coletados.

Figura 3 - Gráfico dos Sinais de Tensão.

Sendo no gráfico acima:

➤ Vout = Sinal de saída, soma das entradas amplificada de 175 mV;
➤ V1 = Sinal de entrada de 25 mV;
➤ V2 = Sinal de entrada de 45 mV.

Nossa expectativa é que o sinal de 70 mV seja amplificado por um fator de 2,5. Ou seja, um $V_out$ = 175 mV. Como era esperado o sinal de saída é realmente o valor de 175 mV como especificado no projeto, e que pode ser visto na janela gráfica da Figura 3.

Note que assim como o amp op inversor, o somador efetua a soma e inverte o sinal de saída, ou seja, aplica uma defasagem de 180°.

Cabe destacar que como realizamos a soma de duas senoides de mesma frequência o sinal de saída teve o mesmo comportamento senoidal e com a mesma frequência de entrada.

A título de curiosidade vamos modificar a frequência do sinal $V_1$ para 4 Hz e verificar o que acontece com o sinal de saída. Manteremos as mesmas amplitudes, o mesmo amp op e só alteramos a frequência de $V_1$.

Figura 4 - Sinal de saída distorcido.

Como pode ser visto pelo gráfico da Figura 4 o amp op realizou a soma dos sinais. Porém notadamente tem-se uma distorção no sinal de saída. Isso naturalmente é esperado, pois estamos somando duas ondas senoidais de frequências diferentes. Sendo que os máximos e mínimos dos sinais de entrada são atingidos em intervalos de tempo diferentes.

Percebe-se que, somando sinais de frequências diferentes o sinal de saída já não possui o mesmo comportamento senoidal da entrada, ou seja, a saída ainda será composta da soma, porém não senoidal.

Essa característica é válida para qualquer sinal variável no tempo aplicado às entradas do amplificador. A título de curiosidade, tente somar dois sinais triangulares de frequências diferentes e veja o comportamento da saída.

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Obrigado por ler meus textos, e até o próximo!