Amplitude Da Tensão Senoidal De Saída Em Amplificador Inversor

E aí, pessoal! Hoje vamos mergulhar no mundo dos amplificadores inversores e desvendar um problema super interessante. Imagine que temos um circuito amplificador inversor construído com um amplificador operacional ideal. A tensão de entrada é uma onda senoidal bem comportada, dada por Vs = 1 * Sen(377𝑡) V. E para deixar a coisa ainda mais emocionante, a relação dos resistores é tal que a amplificação, ou ganho, é de -37,7. A grande questão é: qual é a amplitude da tensão senoidal de saída desse circuito?

Amplificadores Inversores: O Que São e Como Funcionam?

Antes de partirmos para a solução, vamos relembrar o que são os amplificadores inversores e como eles funcionam. Essencialmente, um amplificador inversor é um circuito que usa um amplificador operacional (op-amp) para amplificar um sinal de entrada, mas com uma inversão de fase de 180 graus. Isso significa que se você colocar uma onda senoidal na entrada, a saída também será uma onda senoidal, mas com polaridade oposta. Se a entrada estiver subindo, a saída estará descendo, e vice-versa.

Os amplificadores inversores são amplamente utilizados em diversas aplicações, desde equipamentos de áudio até sistemas de controle. Sua simplicidade e capacidade de fornecer um ganho preciso os tornam uma ferramenta valiosa para engenheiros e entusiastas da eletrônica. A beleza desse circuito reside na sua capacidade de manipular sinais com precisão, amplificando-os e invertendo-os conforme a necessidade.

Componentes Chave e Configuração

Um amplificador inversor típico consiste em um amplificador operacional (op-amp) e dois resistores: um resistor de entrada (R1) e um resistor de feedback (Rf). O resistor de entrada está conectado entre a fonte de sinal de entrada e o terminal inversor do op-amp. O resistor de feedback, por sua vez, conecta o terminal de saída do op-amp ao terminal inversor. O terminal não inversor do op-amp é geralmente aterrado.

A configuração desses componentes é crucial para o funcionamento do circuito. O resistor de entrada limita a corrente que flui para o op-amp, enquanto o resistor de feedback determina o ganho do amplificador. A relação entre esses dois resistores é o que define a magnitude da amplificação.

O Ganho de um Amplificador Inversor

O ganho de um amplificador inversor é determinado pela relação entre o resistor de feedback (Rf) e o resistor de entrada (R1). A fórmula para calcular o ganho (Av) é bastante simples:

Av = -Rf / R1

O sinal negativo indica a inversão de fase que discutimos anteriormente. A magnitude do ganho, ou seja, o valor absoluto de Av, determina o quanto o sinal de entrada será amplificado. Por exemplo, se Rf for 10 vezes maior que R1, o ganho será -10, o que significa que o sinal de saída terá uma amplitude 10 vezes maior que o sinal de entrada, mas com a polaridade invertida.

Amplificadores Operacionais Ideais: Uma Simplificação Útil

Para facilitar a análise de circuitos com amplificadores operacionais, muitas vezes utilizamos o conceito de amplificador operacional ideal. Um op-amp ideal possui algumas características importantes que simplificam os cálculos:

• Ganho de tensão infinito: Isso significa que uma pequena diferença de tensão entre os terminais de entrada resulta em uma grande tensão de saída.
• Impedância de entrada infinita: O op-amp ideal não permite que nenhuma corrente flua para seus terminais de entrada.
• Impedância de saída zero: O op-amp ideal pode fornecer qualquer quantidade de corrente na saída sem que a tensão de saída seja afetada.
• Largura de banda infinita: O op-amp ideal pode amplificar sinais de qualquer frequência sem distorção.

É importante notar que os op-amps reais não são ideais, mas essas simplificações nos permitem entender o funcionamento básico dos circuitos e fazer estimativas razoáveis. Em muitas aplicações práticas, as características dos op-amps reais se aproximam o suficiente do ideal para que essas simplificações sejam válidas.

Calculando a Amplitude da Tensão de Saída

Agora que temos uma boa compreensão dos amplificadores inversores e dos amplificadores operacionais ideais, podemos voltar ao nosso problema original. A tensão de entrada é dada por Vs = 1 * Sen(377𝑡) V, o que significa que temos uma onda senoidal com amplitude de 1V e frequência angular de 377 radianos por segundo. O ganho do amplificador é -37,7.

Para calcular a amplitude da tensão de saída, basta multiplicar a amplitude da tensão de entrada pelo ganho do amplificador:

Amplitude da saída = |Ganho| * Amplitude da entrada

Neste caso:

Amplitude da saída = |-37,7| * 1V = 37,7V

Portanto, a amplitude da tensão senoidal de saída é de 37,7V. A saída será uma onda senoidal com a mesma frequência da entrada, mas com amplitude 37,7 vezes maior e com a fase invertida.

Implicações Práticas e Limitações

É importante lembrar que, na prática, a amplitude da tensão de saída é limitada pela tensão de alimentação do amplificador operacional. Se a tensão de saída calculada for maior do que a tensão de alimentação, o sinal de saída será