Amplificador Operacional LM324
O circuito integrado LM 324 consiste em 4 amplificadores operacionais em um único encapsulamento, em que cada um dos amplificadores internos funciona de forma independente.
A alimentação para os 4 amplificadores internos é única no circuito integrado o qual faz a distribuição interna para cada amplificador operacional.
Conceito de Amplificadores Operacionais
O amplificador operacional é um amplificador multiestágio com duas entradas, uma inversora e outra não inversora e uma saída. Quando aplicamos um sinal na entrada não inversora o mesmo é amplificado aparecendo na saída com a mesma fase do sinal de entrada e, sendo o sinal aplicado na entrada inversora o mesmo será na saída com a fase invertida em relação ao sinal aplicado na entrada.
Na figura abaixo temos uma simbologia de amplificador operacional.
Em nosso texto sempre que nos referirmos a opamp ou AOP sempre será abreviações de amplificador operacional.
O circuito integrado LM324
Como citado anteriormente o LM324 é um circuito integrado com 4 amplificadores operacionais interno. Os 4 amplificadores funciona de forma independente, ou seja, em um circuito é possível usar apenas 1 amplificador operacional interno do ci ou mesmo usar todos os amplificadores interno.
A fonte de alimentação é de uma única entrada para os 4 amplificadores interno.
A tensão de alimentação desse circuito integrado está determinado pelo fabricante na faixa de 3 a 30 volts.
Na figura abaixo temos a disposição dos amplificadores operacionais interno e a pinagem do circuito integrado LM324.
Como podemos observar o ci em questão possui no pino 1 a saída do amplificador 1, no pino 2 a entrada inversora do opamp 1, no pino 3 a entrada não inversora do opamp 1. No pino 4 tem a alimentação do ci, no pino 5 a entrada não inversora do opamp 2, no pino 6 a entrada inversora do opamp 2, no pino 7 a saída do opamp 2. No pino 8 a saída do opamp 3, no pino 9 a entrada inversora do opamp 3, no pino 10 a entrada não inversora do opamp 3. No pino 11 temos para GND ou a tensão negativa para uma alimentação simétrica. No pino 12 a entrada não inversora do opamp 4, no pino 13 a entrada inversora do opamp 4 e no pino 14 a saída do opamp 4.
Colocando o pino 11 em GND a tensão de alimentação do pino 4 pode ser de 3 a 30 volts e para uma alimentação simétrica a tensão máxima é +16v e -16v nos pinos 4 e 11 respectivamente.
Na tabela abaixo temos as principais características elétricas para esse componente – LM324.
| Características do Amplificador Operacional LM324 | |
|---|---|
| Número de pinos | 14 |
| Encapsulamento | 14-DIP |
| Temperatura de operação | 0° a 70° C |
| Dissipação máxima de energia | 1.31W |
| Número base da peça | LM324 |
| Número de canais | 4 |
| Tensão mínima de alimentação | 3 V |
| Tensão máxima de alimentação | 30 V |
| Tensão mínima de alimentação - fonte simétrica | 1.5 V |
| Tensão máxima de alimentação - fonte simétrica | 15 V |
| Corrente de saída | 40 mA |
| Ganho de tensão | 100 dB |
| Ganho de largura de banda - BW | 1.3 MHz |
Existem algumas características ideais para esse componente (AOP) que são elas:
- Resposta de frequência infinita
- Ganho infinito em malha aberta
- Impedância de entrada infinita
- Impedância de saída igual a zero
- Insensibilidade à temperatura
Essas características são as ideais pois na prática o componente não possui exatamente as características ideias. Como exemplo podemos citar a frequência máxima para esse circuito integrado que é 1.3Mhz e a impedância de entrada que é alta e não infinita.
O circuito integrado amplificador operacional LM324 é constituído por resistores, capacitores e transistores em seu interior.
Os amplificadores operacionais geralmente faz operações matemáticas.
O LM324 possui uma temperatura de operação definida pelo fabricante de 0º C a 70º C.
Os amplificadores operacionais basicamente operam em três modos que são:
- Sem realimentação
- Com realimentação negativa
- Com realimentação positiva
Veremos agora esses modos de operação.
Nos circuitos em que os AOPs operam sem realimentação os mesmos tem seu ganho definido pelo próprio fabricante, ou seja, o projetista não tem controle sobre o ganho do amplificador. No caso de um circuito sem realimentação o AOP está operando em malha aberta. Na figura abaixo temos uma imagem de um amplificador no modo sem realimentação.
Nos circuitos com realimentação negativa o amplificador operacional é como apresentado na figura abaixo. Esse é o modo de operação mais importante. As aplicações para esse modo de operação são inúmeras:
- Seguidor de tensão (buffer)
- Amplificador inversor
- Amplificador não inversor
- Somador
- Amplificador deferencial ou subtrator
- Diferenciador
- Integrador
- Filtros ativos, etc
Esse modo de operação é malha fechada, possui uma resposta linear e o ganho pode ser controlado pelo projetista.
Já nos circuitos com realimentação positiva o amplificador possui ligação como apresentado na figura 7. Esse modo de operação possui uma resposta não linear e como tal não é usado como amplificador. Uma aplicação prática para esse modo está nos circuitos oscilados com amplificadores operacionais.
Um pouco da história dos amplificadores operacionais
Os amplificadores operacionais foram desenvolvidos na década de 40 e eram construídos com válvulas. As características desses primeiros AOP a válvulas eram bastante limitadas. Com o surgimento do transistor no final da década de 40 foi possível a construção de AOP com características razoáveis.
Em 1963 surgiu o primeiro amplificador operacional monolítico (circuito integrado) lançado pela Fairchild (EUA) o uA702. Mesmo Esse circuito integrado amplificador operacional apresentava alguns problemas referente as suas limitações como: baixa resistência de entrada, alta sensibilidade a ruídos, baixo ganho, necessidade de alimentação positiva e negativa de valores diferentes ( por exemplo: -4V e +8V) etc. Devido a essas limitações a empresa Fairchild lançou em 1965 o uA709, sendo esse o primeiro AOP confiável lançado no mercado. Já em 1968 a Fairchild lançou o uA741 o qual ocupa uma posição de destaque e é muito utilizado até hoje.
Vale ressaltar que atualmente existem diversos amplificadores operacionais com características superiores ao uA741, por exemplo: LF 351 (National), CA 3140 (RCA), etc.
Recebe o nome de tecnologia bipolar os AOPs citados uA741 e o uA709 pois os mesmos utilizam em sua fabricação transistores bipolares. Já o LF 351 é denominado de tecnologia bifet pois em sua fabricação são utilizados a combinação de transistores bipolares e transistores jfet. A grande vantagem da tecnologia bifet refere-se à utilização de transistores FET na entrada garantindo assim maior resistência no estágio de entrada do amplificador operacional.
Uma outra tecnologia existente usada na fabricação de AOPs é a bimos a qual utiliza uma combinação de transistores bipolares e transistores mosfet. Um exemplo dessa tecnologia é o CA 3140.
Dentre as diversas tecnologias utilizadas na fabricação dos AOPs temos a classificação dos mesmos como segue:
- 1945 – 1ª geração – AOPs a válvulas
- 1955 – 2ª geração – AOPs a transistores
- 1965 – 3ª geraçao – AOPs monolíticos bipolares
- 1975 – 4ª geração – AOPs monolíticos bifet e bimos
- 1985 – 5ª geração – AOPs monolíticos de potência para aplicações gerais
De 1995 até hoje houve inovação, mas nada ainda para adotar como 6ª geração de AOPs.
Texto: Tecset Eletrônica
Referências: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica
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