Um amplificador operacional ideal apresenta uma saída nula quando as tensões de suas entradas são iguais ou não existem sinais nas entradas. Na prática, entretanto, isso não ocorre, exigindo dos usuários que utilizam esses componentes em aplicações mais críticas, técnicas especiais de balanceamento. Veja neste artigo como obter o balanceamento de um amplificador operacional.
Um amplificador operacional ideal apresenta características bem conhecidas de todos que trabalham com esses componentes, como impedância infinita de entrada, impedância de saída nula, ganho x faixa passante infinita, etc.
Uma das características dos amplificadores operacionais entretanto, que causa problemas quando se utiliza esse componente em instrumentação, com transdutores é a não linearidade de sua saída, que apresenta um desvio de zero quando as tensões de entrada são iguais.
Assim, conforme mostra a figura 1, a saída de um amplificador operacional pode ser diferente de zero, mesmo quando as tensões nas suas entradas são iguais, dada a não centralização de sua curva característica.
Essa variação ocorre por diversos motivos como, por exemplo, problemas de layout, não linearidade intrínseca do próprio componente, variações que ocorrem com a temperatura, etc.
Alguns amplificadores bastante conhecidos como o 741 já provêm recursos para que a tensão de offset de saída seja compensada por um trimpot externo, conforme mostra a figura 2.
Através desse trimpot é possível colocar a saída em zero quando não existirem sinais de entrada ou quando as tensões de entrada forem iguais, compensando a não linearidade das características do componente.
No entanto, muitos amplificadores operacionais, principalmente os que fazem parte de invólucros que contém diversos deles, não possuem elementos para se fazer a compensação o que exige o emprego de técnicas especiais de compensação da tensão de offset.
A seguir, damos alguns circuitos que podem ser utilizados com essa finalidade.
Circuitos Práticos
Na figura 3 mostramos um primeiro circuito que é utilizado para balancear amplificadores que fazem uso da entrada inversora e que tenham resistências de fonte de 10 k Ω ou maiores.
Nesse circuito o que se faz é adicionar uma pequena corrente ao circuito de entrada de modo que ela compense as variações que possam ser introduzidas naturalmente pelo componente.
A resistência R1 deve ser pelo menos 2 000 vezes maior que a resistência R4, que nesta aplicação é de 10 000 Ω. Assim, um resistor de 22 M Ω é o indicado para essa função de balanceamento.
O trimpot permite ajustar a corrente de modo a se obter um sensível balanceamento do circuito.
Um problema apresentado por esse circuito é que se a resistência de entrada for muito alto, o resistor a ser empregado no processo de balanceamento também se torna muito grande, dificultando a aplicação desse método.
Um outro circuito para balanceamento de amplificadores operacionais é o mostrado na figura 4.
Nesse circuito, um divisor resistivo é usado para aplicar uma tensão de compensação obtida de um trimpot. A vantagem desse processo está no fato de que os resistores podem ter valores menores, mesmo que a resistência de entrada do amplificador seja elevada.
Também é possível usar esta técnica de balanceamento em amplificadores operacionais não inversores, conforme mostra a figura 5.
As fórmulas que permitem calcular os valores dos componentes para esta aplicação estão junto ao diagrama.
Na figura 6 mostramos como deve ser o balanceamento de um seguidor de tensão.
Nesse circuito, o resistor R1 injeta uma corrente que provoca um leve deslocamento da tensão em R3 de modo a cancelar a tensão de offset que aparece no amplificador operacional.
É importante observar que nesse circuito, o acréscimo dos circuitos de balanceamento modifica o ganho. No entanto, na maioria dos casos, as variações obtidas são muito pequenas.
Assim, nesse circuito temos uma variação da ordem de apenas 0,05% no ganho esperado com os componentes utilizados.
No caso de utilização do amplificador operacional no modo diferencial, as técnicas de balanceamento são mais complexas. Assim, na figura 7 temos um circuito de balanceamento utilizado para essa finalidade.
Apesar da compensação ser feita em apenas uma das entradas, os efeitos sobre a operação no modo diferencial são mínimas. Os valores dos componentes são calculados pelas fórmulas dadas junto ao diagrama.
Veja que a escolha dos valores dos componentes está diretamente ligada às demais características que se espera para o circuito. Assim, o ganho, a resistência de entrada são alguns desses fatores.
A faixa (Range) indicada para os circuitos sugeridos, mostram a variação da tensão de offset que se obtém com os componentes utilizados.
Conclusão
Apesar de exigirem alguns componentes externos adicionais, as técnicas mostradas têm a vantagem que podem ser aplicadas praticamente em qualquer amplificador operacional.
Outro ponto importante que deve ser considerado é que essas técnicas não influem no desempenho do circuito interno do componente.
Finalmente, informamos que este artigo foi preparado com base em documentação técnica da National Semiconductor (www.national.com).
