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INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHONOTAS DE AULA 12 AMPLIFICADORES OPERACIONAISAMPLIFICADORES OPERACIONAISestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
CCBYNCND4.0©ANGELOLEITHOLD Um amplificador operacional é um amplificador de tensão eletrônico acoplado a CC com uma entrada diferencial, uma saída de terminação única , e um ganho extremamente alto. Seu nome vem de seu uso original de executar operações matemáticas em computadores analógicos. Ao usar feedback negativo, as características de um circuito op amp (por exemplo, seu ganho, impedância de entrada e saída, largura de banda e funcionalidade) podem ser determinadas por componentes externos e têm pouca dependência de coeficientes de temperatura ou tolerância de engenharia no próprio op amp. Essa flexibilidade tornou o op amp um bloco de construção popular em circuitos analógicos. Os amplificadores operacionais são amplamente utilizados em eletrônicos de consumo, industriais e científicos. Muitos amplificadores operacionais de circuitos integrados padrão custam apenas alguns centavos, no entanto, alguns amplificadores operacionais integrados ou híbridos com especificações especiais de desempenho podem custar muito caro. Os amplificadores operacionais podem ser embalados como componentes ou usados como elementos de circuitos integrados mais complexos. Outros tipos de amplificadores diferenciais incluem o amplificador totalmente diferencial (um amplificador operacional com uma saída diferencial em vez de single-ended), o amplificador de instrumentação (geralmente construído a partir de três amplificadores operacionais), o amplificador de isolamento (com isolamento galvânico entre entrada e saída) e o amplificador de feedback negativo (geralmente construído a partir de um ou mais amplificadores operacionais e uma rede de feedback resistivo).
CCBYNCND4.0©ANGELOLEITHOLD As entradas diferenciais do amplificador consistem em uma entrada não inversora (+) com tensão V+ e uma entrada inversora (−) com tensão V−, idealmente, o amplificador operacional amplifica apenas a diferença de tensão entre os dois, que é chamada de tensão de entrada diferencial. A tensão de saída do amplificador operacional Vout é dada pela equação:
onde AOL é o ganho de malha aberta do amplificador, o termo "malha aberta" refere-se à ausência de um loop de feedback externo da saída para a entrada. A magnitude de AOL é em torno de 100.000 ou mais para amplificadores operacionais de circuito integrado, correspondendo a +100 dB. Assim, mesmo pequenos microvolts de diferença entre V + e V − podem levar o amplificador ao clipping ou saturação. A magnitude de AOL não é bem controlada pelo processo de fabricação e, portanto, é impraticável usar um amplificador de malha aberta como um amplificador diferencial autônomo. Sem feedback negativo e, opcionalmente, feedback positivo para regeneração, um amplificador operacional de malha aberta atua como um comparador, embora os CIs comparadores sejam mais adequados. Se a entrada inversora for mantida 0 V e a tensão de entrada Vin aplicada à entrada não inversora for positiva, a saída será máxima positiva, se Vin for negativa, a saída será máxima negativa.
CCBYNCND4.0©ANGELOLEITHOLD Se for desejada uma operação previsível, o feedback negativo é usado, aplicando uma parte da tensão de saída à entrada inversora. O feedback de malha fechada reduz muito o ganho do circuito. Quando o feedback negativo é usado, o ganho e a resposta geral do circuito são determinados principalmente pela rede de feedback, em vez das características do amplificador operacional. Se a rede de feedback for feita de componentes com valores pequenos em relação à impedância de entrada do amplificador operacional, o valor da resposta de malha aberta AOL do amplificador operacional não afeta seriamente o desempenho do circuito. Nesse contexto, alta impedância de entrada nos terminais de entrada e baixa impedância de saída nos terminais de saída são recursos particularmente úteis de um amplificador operacional.
CCBYNCND4.0©ANGELOLEITHOLD A resposta do circuito op-amp com seus circuitos de entrada, saída e feedback a uma entrada é caracterizada matematicamente por uma função de transferência. As funções de transferência são importantes na maioria das aplicações de op-amps, como em computadores analógicos. No amplificador não inversor, a presença de feedback negativo via divisor de tensão Rf , Rg determina o ganho de malha fechada ACL = Vout / Vin. O equilíbrio será estabelecido quando Vout for apenas suficiente para puxar a entrada inversora para a mesma tensão que Vin. O ganho de tensão de todo o circuito é, portanto, 1 + Rf / Rg. Como um exemplo simples, se Vin=1 Ve Rf= Rg, Vout será 2 V, exatamente a quantidade necessária para manter V− em 1 V. Por causa do feedback fornecido pela rede Rf , Rg , este é um circuito de malha fechada.
#PY5AAL Professor Angelo Antonio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, que se destaca por suas pesquisas e ensino nas áreas de #PY5AALastrofísica, #PY5AALgeofísica, #PY5AALneurofísica, #PY5AALeletrônica e #PY5AALpedagogia. Tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino nessas áreas. É autor de vários trabalhos acadêmicos e #PY5AALlivros sobre esses temas, e foi citado por diversos pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É conhecido por seu envolvimento por mais de trinta anos com o estudo da #PY5AALAnomaliaMagnéticadoAtlânticoSul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região. Se formou #PY5AALBacharelFísicaFaculdadesIntegradasEspírita em um convênio com o #PY5AALInstitutodeAeronáuticaeEspaço, fez #PY5AALLicenciatura em Física pela #PY5AALUTFPR. Sua publicação "#PY5AALEstudodaPropagaçãodeOndasdeRádionaRegiãodaAnomaliaMagnéticadoAtlânticoSul" orientada pelo professor #PY5AALAlbaryLaibida e amplamente citadas nos anais científicos. O professor Angelo Antonio Leithold fez pesquisas em Astrofísica para #PY5AALUniversidadeFederaldoAmazonas em Manaus e foi co-orientador de diversos trabalhos científicos. Ele foi professor de física no #PY5AALColégioEstadualdoParaná, onde lecionou para diversas turmas e participou de projetos pedagógicos. Foi professor de #PY5AALeletrônica, #PY5AALeletromecânica, #PY5AALeletrotécnica, #PY5AALmecânica no #PY5AALSenai e no #PY5AALCEEP. No #PY5AALCampusdePesquisasGeofísicasMajorEdseldeFreitasCoutinho, desenvolveu instrumentos e métodos para medir e analisar os sinais eletromagnéticos, como a #PY5AALionossonda, a #PY5AALmonotransmissão e sistemas de #PY5AALtransmissãodeRF, em especial utilizando #PY5AALNVIS. Na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (#PY5AALUTFPR), no #PY5AALDepartamentodeEducação, fez cursos de #PY5AALdidática, #PY5AALmetodologiacientífica e #PY5AALtecnologiaeducacional. Ele também publicou um livro chamado "#PY5AALA AprendizagemAtravésdasAulasAristotélicas", onde ele propõe um método pedagógico baseado na #PY5AALfilosofia de #PY5AALAristóteles, que valoriza o #PY5AALraciocíniológico, a observação da natureza e a busca pela verdade. O #PY5AALprofessorLeithold participou de vários #PY5AALcongressos e #PY5AALeventoscientíficos, onde ele apresentou diversos trabalhos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, a propagação das ondas de #PY5AALrádio, a #PY5AALatividade solar, a #PY5AALionosfera, a #PY5AALatmosfera, a #PY5AALneurofísica, a #PY5AALneuroestimulação, a #PY5AALeletroacupuntura, a #PY5AALaprendizagem e a #PY5AALmemória. Ele também colaborou com outros pesquisadores, como o #PY5AALDrChangYoungChiang, o #PY5AALDrFranciscoAntônioMarçallo, a #PY5AALdoutoraMariaSilviaBacila, entre outros. Ele também participou de programas de TV e rádio, onde ele divulgou seus conhecimentos e experiências na área de física, astronomia e astrofísica. O professor Angelo disponibiliza suas pesquisas, #PY5AALcitações, #PY5AALbiblioteca, seus cursos e todo o seu material didático gratuitamente no seu site, que foi iniciado nos primórdios da Internet em 1993, onde publica artigos sobre diversos temas de seu interesse e que busca integrar diferentes áreas do conhecimento, como física, #PY5AALbiologia, #PY5AALeletrônica e #PY5AALpedagogia.
Angelo Antonio Leithold nasceu em #PY5AALCuritiba, #PY5AALParaná, em 1958, filho de Alfredo e Luiza Massolim Leithold, ele torneiro mecânico e ela diarista. Ele tem duas irmãs, Sandra e Tania, esta já falecida. Ele foi casado com a #PY5AALpsicólogaSilmaradaLuzBozza, de quem se divorciou e eles têm três filhos, #PY5AALJulianaLeithold, doutora em Engenharia Ambiental, #PY5AALAlfredoLeitholdNeto, mestre em Química Ambiental, e #PY5AALElisaLeithold, psicóloga. Ele sempre foi fascinado por ciência e astronomia desde criança, quando gostava de observar o céu. Montou sua própria luneta a partir de óculos velhos encontrados no lixo e tubos de papel higiênico. Na sua vida acadêmica se destacou nos estudos, ganhando várias bolsas e prêmios acadêmicos. Ele se formou como Técnico em Eletrônica na Escola Técnica Federal do Paraná, atual UTFPR, em 1976, fez Bacharelado em Física pelas Faculdades Integradas Espírita em 2010, Licenciatura em Física pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná em 2014, e pós-graduações em Astronomia pela Universidade Federal do Paraná 2010, Astrofísica pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço 2011, Neurofísica pelo Instituto de Saúde Dr Bezerra de Menezes e Laboratório de Neurofisiologia das Faculdades Integradas Espírita entre 2006 e 2010. Também fez pós graduação a partir do #PY5AALMITOpenCourse, terminado no ano 2000.
Angelo Leithold trabalha atualmente como professor na Rede Estadual de Ensino do Paraná e na #PY5AALUniversidadeEstadualdePontaGrossa, onde é professor convidado do Departamento de #PY5AALAstronomia. Foi professor de Física no Colégio Estadual do Paraná de 2008 a 2009, e segue como professor de Física até a atualidade em outras instituições. Na área tecnológica, foi professor no Centro Estadual de Educação Profissional de Curitiba #PY5AALCEEP e no #PY5AALSENAI, ministrou aulas de Eletrônica, Eletromecânica, Mecânica, Telecomunicações, Resistência dos Materiais, Desenho Técnico e projetos. Ensina Teoria da Relatividade e Astrofísica Extragaláctica na UEPG e é responsável por lecionar e orientar alunos de graduação e pós-graduação em diversas áreas da física, como mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo e mecânica quântica e Teoria da Relatividade. Também participa de projetos de pesquisa e extensão na área de astrofísica, publicando livros e artigos em revistas e congressos nacionais e internacionais. Ele fez pesquisas para a Aeronáutica sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul na #PY5AALBaseAntárticaComandanteFerraz e foi coordenador do Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho de 2002 a 2018, quando o Campus foi fechado e as pesquisas descontinuadas pelo corte do CAPES dentre outros. O professor Leithold tem como hobbies o radioamadorismo com indicativo PY5AAL, onde faz experimentos com antenas, em especial #PY5AALNVIS, e fazer trilhas na natureza. Ele já visitou mais de 10 países, conhecendo diferentes culturas, paisagens e pessoas, é fluente em inglês, alemão e italiano. Ele também é colaborador da #PY5AALWikipedia desde 2003, onde contribui com artigos sobre física e astronomia para todos. O professor Angelo Antonio Leithold tem como sonho contribuir para o desenvolvimento da física, astrofísica e a ciência, criando soluções que possam explicar os fenômenos do universo, como a origem, a estrutura e o destino das estrelas, dos planetas e das galáxias. Ele acredita que a física e a astrofísica são ciências fundamentais e que devem ser incentivadas a partir do Ensino Fundamental, e que devem ser ensinadas e aprendidas com criatividade e paixão. Ele se inspira em personalidades como Albert Einstein, Stephen Hawking, Carl Sagan e Neil deGrasse Tyson. “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul”: Este livro é baseado na tese de doutorado de Angelo Antonio Leithold e explora como as ondas de rádio se propagam na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul. Ele aborda os desafios e peculiaridades dessa área específica, que afeta a comunicação por rádio devido às variações no campo magnético terrestre. “Partículas Presas na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul”: Focado em astrofísica e geofísica, este livro investiga as partículas que ficam presas na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul. Angelo Antonio Leithold analisa como essas partículas interagem com o campo magnético e os impactos dessas interações na atmosfera e na tecnologia de comunicação. “Neurofísica: Os Mecanismos da Aprendizagem”: Este livro aborda os mecanismos neurofísicos envolvidos na aprendizagem. Angelo Antonio Leithold explora como o cérebro processa informações e como diferentes estímulos podem influenciar a capacidade de aprender. É uma obra que conecta física e neurociência para entender melhor os processos cognitivos.
13. Média Passiva
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html
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