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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

Avnon−inv=1+RfRin,Avinv=−RfRin,f−3dB=GBW1+Rf/RinA_v^{non-inv} = 1 + \frac{R_f}{R_{in}}, \quad A_v^{inv} = -\frac{R_f}{R_{in}}, \quad f_{-3dB} = \frac{GBW}{1 + R_f/R_{in}}

Referência: Horowitz & Hill, The Art of Electronics, 3rd ed.; Kester, ADI MT-033 (noise gain)

Av— Ganho de tensão (V/V)
Rf— Resistor de feedback (R1) (kΩ)
Rin— Resistor de entrada (R2) (kΩ)
GBW— Produto ganho-largura de banda (Hz)
f₋₃dB— -3 dB de largura de banda (Hz)
Zin— Impedância de entrada (Ω)

Como Funciona

A calculadora de ganho do amplificador operacional calcula o ganho de circuito fechado para configurações inversoras (G = -Rf/Rin) e não inversoras (G = 1 + Rf/Rin) — essenciais para condicionamento de sinal, amplificadores de instrumentação e design de filtro ativo. Projetistas de circuitos analógicos, engenheiros de interface de sensores e designers de áudio usam isso para definir estágios de ganho precisos enquanto gerenciam as compensações de largura de banda e ruído. De acordo com Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3ª ed., Ch.4), o produto de ganho de largura de banda (GBW) é constante para amplificadores operacionais de feedback de tensão: GBW = ganho de ruído × largura de banda, onde o ganho de ruído é 1 + Rf/Rin nas duas configurações. Um TL072 com GBW = 3 MHz com ganho = 100 tem largura de banda de apenas 30 kHz. Para ganhos acima de 10, considere amplificadores de feedback de corrente (AD8009: largura de banda de 1 GHz independente do ganho) ou amplificadores de instrumentação (AD620: precisão de ganho de 0,1%).

Exemplo Resolvido

Projete um amplificador não inversor com ganho = 10 (20dB) usando um OPA2134 (GBW = 8MHz) para aplicação de pré-amplificador de áudio. Calcule os valores do resistor: Rf/Rin = G - 1 = 9. Escolha Rin = 10kΩ (alto o suficiente para minimizar o carregamento, baixo o suficiente para baixo ruído). Então Rf = 90kΩ; use 91kΩ da série E96. Largura de banda: BW = GBW/G = 8MHz/10 = 800kHz — adequado para áudio de 20Hz-20kHz com margem de 40×. Verifique o ruído: ruído de entrada OPA2134 = 8nV/√Hz; em ganho = 10, ruído de saída = 80nV/√Hz. Largura de banda acima de 20kHz: ruído = 80nV × √20000 = 11.3μV RMS — equivalente a -98,9dBV, adequado para áudio de 16 bits (faixa dinâmica de 96dB).

Dicas Práticas

  • ✓Para ganhos de 1 a 10 em frequências de áudio, a série TL07x ($0,30) oferece excelente desempenho; para ganhos acima de 100, use amplificadores de instrumentação (INA128: erro de ganho de 0,02%)
  • ✓Adicione um capacitor de 100pF em Rf para obter ganhos > 10 e evitar oscilações — isso limita a largura de banda a 1/(2πRfCf) 0, mas garante estabilidade de acordo com a nota de aplicação de TI AN-31
  • ✓Para oscilação de saída de trilho a trilho, use amplificadores operacionais RRIO (OPA340, MCP6001) — amplificadores operacionais padrão prendem 1-2V dos trilhos de alimentação sob carga

Erros Comuns

  • ✗Ignorando as limitações de GBW — definir ganho = 1000 com GBW = 1 MHz gera apenas 1 kHz de largura de banda; verifique GBW na folha de dados antes de selecionar ganho
  • ✗Usar resistores de 1% para ganho de precisão — o erro da relação do resistor aumenta o erro de ganho; use resistores de 0,1% para obter precisão de ganho de ± 0,1% ou redes de resistores correspondentes
  • ✗Negligenciando a corrente de polarização de entrada — uma corrente de polarização de 1nA através do resistor de feedback 1MΩ cria um deslocamento de 1 mV; use amplificadores operacionais de entrada FET (polarização de 10pA) para fontes de alta impedância

Perguntas Frequentes

Não inversor: sinal na entrada V+, ganho = 1+ Rf/Rin, impedância de entrada = impedância de entrada do amplificador operacional (10⁶-10¹² Ω). Inversão: sinal em V- através de Rin, ganho = -Rf/Rin, impedância de entrada = Rin. A não inversão é preferida para fontes de alta impedância; a inversão fornece base virtual para aplicações de soma.
O feedback negativo define o ganho de circuito fechado independente do ganho de malha aberta (normalmente 10⁵-10⁶). A fração de feedback β = rin/ (Rf+Rin) determina o ganho: G = 1/β para não inversor. O ganho de loop Aβ > 1000 garante um erro de ganho de < 0,1% em relação ao ideal. O feedback positivo causa oscilação — evite.
O produto GBW limita a largura de banda de sinal pequeno: BW = GBW/(1 + Rf/Rin), ou seja, o GBW dividido pelo ganho de ruído, nas duas configurações. A taxa de variação limita a largura de banda de sinal grande: SR_min = 2πfVpeak. Para 10V de pico a 100kHz: SR > 6.3V/μs. TL072 (SR = 13V/μs) ¶) lida com isso; LM358 (SR = 0.5V/μs) não) — a saída será triangular em vez de sinusoidal.
Sim — a maioria dos amplificadores operacionais é acoplada em DC com largura de banda que se estende até 0 Hz. However, input offset voltage (1-10mV typical) and offset drift (1-20μV/°C) cause DC errors. For precision DC: use chopper-stabilized op-amps (LTC2050: 3μV offset, 30nV/°C drift) or auto-zero types (OPA2188).
Combine as especificações aos requisitos: GBW > ganho × largura de banda; taxa de variação > 2πfVpeak; ruído de entrada < sinal/alvo SNR; tensão de alimentação compatível com o sistema. Para alimentação por bateria: baixa corrente quiescente (MCP6001: 100μA). Para alta velocidade: feedback de corrente (AD8009:1GHz). Para precisão: baixa compensação (OPA2188: 25μV).

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