Como Divisores de Tensão Definem Ganho em Amplificadores Op-Amp Não-Inversores e Inversores

Adicionar um divisor de tensão ao caminho de realimentação negativa de um op-amp significa que apenas uma fração da saída realimenta para a entrada inversora. O resultado é uma saída que é um múltiplo previsível da entrada. As conexões de alimentação são omitidas aqui para simplicidade.

Com R₁ = R₂ = 1 kΩ e uma entrada de 6 V, o op-amp deve produzir 12 V em sua saída para manter a entrada inversora em 6 V. O divisor força a saída a ser o dobro da entrada.

Também podemos ver o circuito calculando a corrente através de R₁. O lado esquerdo de R₁ está no terra, enquanto o lado direito está em 6 V, então 6 V caem sobre R₁ e 6 mA fluem da direita para a esquerda. Como as entradas do op-amp consomem corrente desprezível, a mesma corrente flui através de R₂, gerando mais 6 V sobre ele. Somando as duas tensões, obtemos a saída de 12 V.

Para onde vai os 6 mA? Eles fluem da fonte positiva, através do pino de saída do op-amp, através de R₂, através de R₁, e para o terra. A fonte de 6 V apenas força o op-amp a equilibrar as duas entradas; ela não fornece corrente ao divisor.

Alterar os valores dos resistores muda o ganho geral. A fórmula geral de ganho é

O ganho nunca pode cair abaixo de 1. Se R₂ fosse zero ohms, o circuito se torna um seguidor de tensão com ganho unitário. Aumentar R₂ relativo a R₁ aumenta o ganho arbitrariamente.

Como a polaridade da saída corresponde à da entrada, esta configuração é chamada de amplificador não-inversor.

Papel do Ganho Diferencial do Op-Amp

Uma vez que a realimentação negativa está em vigor, o ganho diferencial interno do op-amp (ex.: 200.000 ou 250.000) tem efeito negligenciável no comportamento geral do circuito. A razão dos resistores externos dita o ganho em malha fechada, ao contrário de amplificadores baseados em transistores onde β influencia fortemente o desempenho.

Amplificador Inversor com Entrada Não-Inversora Aterrada

Agora considere a entrada aplicada na base do divisor enquanto a entrada não-inversora é aterrada:

A realimentação negativa força a entrada inversora a um terra virtual (0 V). Com R₁ = R₂ = 1 kΩ e uma entrada de 6 V no lado esquerdo, a saída deve oscilar para –6 V para manter o nó central em 0 V.

O ganho para esta configuração é dado por

Aqui o ganho pode ser menor que 1, e a polaridade da saída é oposta à da entrada, razão pela qual é chamado de amplificador inversor.

Conclusão

• Conectar diretamente a entrada inversora do op-amp à sua saída cria um seguidor de tensão com ganho unitário.
• Usar um divisor de tensão para realimentação negativa transforma o circuito em um amplificador não-inversor; ganho = 1 + R₂/R₁ e polaridade da saída corresponde à da entrada.
• Aplicar a entrada na base do divisor (entrada não-inversora aterrada) resulta em um amplificador inversor; ganho = –R₂/R₁ e polaridade da saída é invertida.
• Em todos os casos, a razão dos resistores externos define o ganho em malha fechada, tornando o ganho diferencial interno do op-amp irrelevante.