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Calculadora de ganho e largura de banda do Op-Amp

Calcule o ganho de tensão do amplificador operacional, ganho em dB, largura de banda de −3 dB e impedância de entrada para configurações de amplificador invertido, não inversor e diferencial.

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Fórmula

A_v^{non-inv} = 1 + \frac{R_f}{R_{in}}, \quad A_v^{inv} = -\frac{R_f}{R_{in}}, \quad f_{-3dB} = \frac{GBW}{|A_v|}

Referência: Horowitz & Hill, The Art of Electronics, 3rd ed.

Av — Voltage gain (V/V)
Rf — Feedback resistor (R1) (kΩ)
Rin — Input resistor (R2) (kΩ)
GBW — Gain-bandwidth product (Hz)
f₋₃dB — −3 dB bandwidth (Hz)
Zin — Input impedance (Ω)

Como Funciona

Os amplificadores operacionais (amplificadores operacionais) são elementos fundamentais da eletrônica analógica, fornecendo amplificação de tensão, condicionamento de sinal e operações matemáticas. O ganho de um circuito de amplificador operacional depende de sua configuração e rede de feedback. Em uma configuração não inversora, o sinal de entrada é aplicado ao terminal positivo, com feedback negativo controlando o ganho. A equação de ganho G=1+Rf/Rin reflete como o resistor de feedback (Rf) e o resistor de entrada (Rin) determinam a amplificação. A configuração de inversão aplica a entrada ao terminal negativo, criando uma mudança de fase de 180 graus na saída. Aqui, o ganho é determinado pela razão -Rf/Rin, com o sinal negativo indicando inversão de fase. A largura de banda é um parâmetro crítico, caracterizado pelo produto ganho-largura de banda (GBW), que representa a frequência máxima na qual o amplificador pode manter um nível de ganho específico. A frequência de -3dB (F-3dB) é calculada dividindo o GBW pela magnitude absoluta do ganho, fornecendo informações sobre as limitações de resposta de frequência do amplificador.

Exemplo Resolvido

Considere um amplificador operacional LM358 em uma configuração não inversora com Rf = 10 kΩ e Rin = 2,2 kΩ. O cálculo do ganho seria G = 1 + (10.000 Ω/2.200 Ω) = 5,55. Isso significa que o sinal de entrada será amplificado por um fator de 5,55. Se o amplificador operacional tiver um produto de ganho de largura de banda de 1 MHz, a frequência de -3dB seria calculada como 1 MHz/ |5,55| ≈ 180 kHz. Nesse ponto, a saída do amplificador terá caído 3 decibéis em relação ao seu ganho nominal, indicando a limitação prática de largura de banda do circuito.

Dicas Práticas

  • ✓Use capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação do amplificador operacional para reduzir o ruído
  • ✓Selecione amplificadores operacionais com produtos de ganho de largura de banda bem acima de seus requisitos de design
  • ✓Considere os requisitos de impedância de entrada para evitar efeitos de carregamento

Erros Comuns

  • ✗Negligenciando as limitações reais do amplificador operacional, como taxa de variação e tensão de compensação de entrada
  • ✗Assumindo largura de banda infinita, independentemente da configuração de ganho
  • ✗Layout inadequado do PCB, levando à capacitância parasitária e desempenho reduzido

Perguntas Frequentes

Em uma configuração não inversora, o sinal de entrada é aplicado ao terminal positivo e a saída está em fase com a entrada. Em uma configuração inversora, a entrada é aplicada ao terminal negativo, causando uma mudança de fase de 180 graus.
Os resistores de feedback determinam o ganho criando uma relação que controla o fator de amplificação. O arranjo específico desses resistores define as características de ganho do circuito.
O produto de ganho de largura de banda (GBW) é a principal limitação, que representa a frequência máxima na qual o amplificador pode manter um nível de ganho específico.
A maioria dos amplificadores operacionais pode amplificar sinais DC, mas considerações práticas como deslocamento e desvio de entrada devem ser consideradas para aplicações DC de alta precisão.
Considere parâmetros como produto de ganho de largura de banda, taxa de variação, impedância de entrada, consumo de energia e faixa de tensão operacional ao selecionar um amplificador operacional.

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