Seguidor de Tensão de Precisão: Dominando Realimentação de Amp-Op para Rastreamento Preciso de Sinal

Peças e Materiais

• Amplificador operacional: modelo 1458 ou 353 (Radio Shack catálogo # 276‑038 e # 900‑6298, respectivamente)
• Três baterias de 6 volts
• Potenciômetro linear de 10 kΩ (Radio Shack catálogo # 271‑1715)

Referências Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Capítulo 8: “Amplificadores Operacionais”.

Objetivos de Aprendizado

• Demonstrar como configurar um amp-op como seguidor de tensão.
• Explicar o papel da realimentação negativa na configuração de ganho unitário.
• Descrever uma abordagem sistemática de solução de problemas para circuitos com amp-ops.

Diagrama Esquemático

Ilustração

Instruções

Em experimentos anteriores, usamos o amp-op em configuração malha aberta, que entrega seu ganho de tensão máximo. Embora útil para aplicações de comparador, isso satura rapidamente a saída para qualquer entrada diferencial não nula. Para usar o amp-op como um amplificador verdadeiro com ganho previsível, introduzimos realimentação negativa.

Conectando a saída diretamente à entrada inversora (−), o amp-op ajusta automaticamente sua saída para que a tensão na entrada inversora corresponda à tensão na entrada não-inversora (+). Com essa realimentação direta, o circuito se comporta como um seguidor de tensão — um buffer de ganho unitário que reproduz a tensão de entrada em sua saída com precisão de microvolts.

Meça a tensão na entrada não-inversora (entre a entrada + e terra) e na saída (entre o terminal de saída e terra). Ao girar o potenciômetro, observe a saída rastreando fielmente a entrada.

Para uma avaliação mais direta, coloque um voltímetro entre os dois terminais de entrada. Ao longo da maior parte do curso do potenciômetro, a tensão de erro será desprezível.

Quando o potenciômetro é ajustado para um extremo, você pode notar um erro mensurável, especialmente com os modelos 1458 ou 353. Esses amp-ops não conseguem levar suas saídas até os trilhos de alimentação (+18 V e 0 V). Tipicamente, ficam aquém em cerca de 1–2 V, uma limitação comum que os projetistas devem considerar. Se desempenho rail-to-rail for necessário, considere um amp-op como o 3130.

Seguidores de tensão são inestimáveis quando o sinal de fonte tem alta impedância e não tolera carga. Embora o ganho de tensão seja unitário, a baixa impedância de saída do seguidor permite que o sinal pilote cargas mais pesadas sem distorção.

Eles também servem como ferramenta de diagnóstico prática. Se um amp-op em um circuito complexo é suspeito de falha, reconfigure-o como um simples seguidor de tensão. Um amp-op saudável replicará a tensão de entrada com precisão; a falha em fazer isso indica um dispositivo defeituoso.

Simulação por Computador

Esquemático com números de nós SPICE:

Netlist (copie o seguinte para um arquivo de texto chamado voltage_follower.cir):

 Voltage follower
vinput 1 0
rbogus 1 0 1meg
e1 2 0 1 2 999meg
rload 2 0 10k
.dc vinput 5 5 1
.print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2)
.end 

Neste modelo, o amp-op é representado por uma fonte de tensão dependente (e1) com ganho em malha aberta de 999 MΩ. O grande resistor rbogus (1 MΩ) e o resistor de carga (rload) fornecem os caminhos DC necessários para o SPICE convergir.

Planilha Relacionada

• Planilha de Circuitos Amp-Op com Realimentação Positiva