Amplificador Operacional - Amplificador de Diferenças

Neste texto veremos o amplificador diferencial, também chamado de amplificador de instrumentação (um arranjo um pouco mais interessante).

Dando continuidade a série de amplificadores operacionais lineares, sendo que este é o último que veremos que opera desta forma. O circuito de um amplificador de diferenças (também pode ser chamado assim) é mostrado a seguir na Figura 1.

Figura 1 - Esquema de um amplificador das diferenças.

Obter a relação de entrada e saída para este circuito envolve utilizar os teoremas de análise de circuitos. Assim, podemos aplicar o teorema da superposição, obter duas equações que relacionam a saída em função de cada uma das entradas e no final somar as duas equações, obtendo a equação da saída em função das entradas. Resultando em um sinal de saída dado por:
$$\begin{equation}V_{out} = -\frac{R_1}{R_2}*(V_1 - V_2)\end{equation}$$

Este circuito realiza a diferença de dois sinais aplicados às entradas inversora e não inversora e amplifica a diferença provocando uma defasagem no sinal de saída em 180°.

Para verificarmos o funcionamento deste circuito irei realizar uma simulação considerando pequenos sinais e realizando a operação de subtração entre eles com ganho unitário.

Os seguintes componentes são necessários:

➤ Amp Op LM358;
➤ R1 = 10K 𝛺;
➤ R2 = 10K 𝛺;
➤ +Vcc = 15V e -Vcc = -15V.

Os sinais $V_1$ e $V_2$ serão neste caso dois sinais senoidais de 2 V de pico com 2 Hz de frequência sendo que $V_2$ será defasado de 180° de $V_1$. O esquema de simulação utilizado pode ser visto a seguir na Figura 2.

Figura 2 - Esquema de simulação proposto.

Novamente utilizando a janela gráfica do software de simulação podemos obter os resultados de simulação. Confira o resultado obtido na Figura 3 a seguir.

Figura 3 - Sinais obtidos na simulação do circuito.

Note que realizando a operação da diferença de dois sinais senoidais de mesma frequência e amplitude porém defasados em 180° obtemos um sinal senoidal de amplitude maior e invertido do sinal de entrada.

Observe pela Figura 3 que o resultado é de acordo com o esperado pela teoria, visto que com $V_1$ = 2 V e $V_2$= -2 V (valores de pico) o resultado do Amp Op é de $V_{out}$ = - 4 V. Note que a frequência do sinal de saída ainda é a mesma dos sinais de entrada.

Perceba que se trocarmos o ponto de referência do sinal, ou seja, o sinal de menos da equação (1) entrar, o sinal de saída passará a estar em fase com o sinal de entrada. Note então que é possível ter um sinal tanto em fase com o sinal de entrada quanto defasado deste.

Este resultado é um exemplo para consolidarmos nosso conhecimento sobre os amplificadores operacionais e suas diferentes formas de conexão. 

O amplificador de diferenças pode ser aprimorado para aplicações de instrumentação dando origem ao nome de amplificador de instrumentação. Este circuito será apresentado em outro texto onde trarei um exemplo de aplicação prática e uma simulação do mesmo.

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