O que é um Seguidor de Tensão?

Um seguidor de tensão (também chamado de amplificador de buffer, amplificador de amplificação unitária ou amplificador de isolamento) é um circuito amplificador operacional que possui um ganho de tensão de 1.

Isso significa que o amplificador operacional não fornece nenhuma amplificação ao sinal. A razão pela qual ele é chamado de seguidor de tensão é porque a tensão de saída segue diretamente a tensão de entrada, o que significa que a tensão de saída é igual à tensão de entrada. Assim, por exemplo, se 10V entra no amplificador operando como entrada, 10V são emitidos. Um seguidor de tensão atua como um buffer, não fornecendo amplificação ou atenuação ao sinal.

Qual é o Propósito de um Seguidor de Tensão?

Pode-se perguntar, qual é o objetivo de um seguidor de tensão? Uma vez que produz o mesmo sinal de entrada, qual é o objetivo do circuito? Isso será explicado agora.

Um circuito de amplificador operacional é um circuito com uma impedância de entrada muito alta. Esta alta impedância de entrada é a razão pela qual os seguidores de tensão são usados. Isso será explicado agora.

Los Seguidores de Tensão Desenham Muito Pouca Corrente

Quando um circuito tem uma impedância de entrada muito alta, muito pouca corrente é extraída do circuito. Se você conhece a Lei de Ohm, você conhece a corrente, I= V/R. Portanto, quanto maior a resistência (R), menos corrente (I) é obtida a partir de uma fonte de energia. Portanto, a potência do circuito não é afetada quando a corrente está alimentando uma carga de alta impedância.

Vejamos as seguintes ilustrações:

O próximo circuito é um circuito em que uma fonte de energia alimenta uma carga de baixa impedância.

Neste circuito anterior, a carga exige e atrai uma grande quantidade de corrente, porque a carga é de baixa impedância. De acordo com a lei de ohm, novamente, corrente, I = V/R. Se uma carga tem uma resistência muito baixa, ela atrai enormes quantidades de corrente. Isso faz com que uma grande quantidade de energia seja retirada da fonte de energia e, como resultado, causa grandes distúrbios e o uso da fonte de alimentação que alimenta a carga.

Agora vamos dar uma olhada no circuito abaixo, conectado a um amplificador de tensão do amplificador operacional:

Este circuito acima desenha pouca corrente da fonte de energia acima. Como o amplificador operacional tem uma alta impedância, ele desenha muito pouca corrente.

Esta é uma das razões pelas quais os seguidores da tensão são usados. Eles desenham muito pouca corrente, não alteram o circuito original e dão o mesmo sinal de tensão que a saída. Eles atuam como amortecedores isolantes, isolando um circuito para que a potência do circuito seja muito pouco alterada.

Os Seguidores de Tensão São Importantes em Circuitos de Divisão de Tensão

Portanto, a corrente, como explicado acima, é uma das razões pelas quais os seguidores de tensão são usados. Eles simplesmente não desenham um grande quantidade de corrente, de modo que a fonte de alimentação não esteja carregada.

Outra razão pela qual os seguidores de tensão são usados por sua importância nos circuitos de divisão de tensão. Isso trata novamente da lei de Ohm. De acordo com a Lei de Ohm, tensão = resistência * corrente (V = IR).

Em um circuito, a tensão é dividida ou atribuída de acordo com a resistência ou impedância dos componentes.

Uma vez que um amplificador operacional tem uma impedância de entrada muito alta, a maior parte da tensão irá cair através dele (uma vez que é tão alta impedância). Portanto, é muito valioso quando usado em um circuito divisor de tensão, pois, estrategicamente, pode permitir que um designer forneça tensão suficiente para uma carga.

Isso agora está ilustrado para que você possa ver.

Então, digamos que temos um circuito mostrado abaixo que representa um divisor de tensão com uma carga conectada à saída.

Então, o circuito anterior não funcionará e agora explicará por que não.

Assim, no circuito acima, temos um divisor de tensão entre o resistor superior de 10KΩ e os resistores 10KΩ e 100Ω inferiores em paralelo. Portanto, a equação do divisor de tensão é caracterizada pela seguinte equação: 10KΩ e 10KΩ || 100Ω.

Fazendo a matemática através dos resistores de 10KΩ e 100Ω em paralelo nos dá, 10KΩ || 100Ω = (10KΩ)(100Ω)/1.1KΩ = 99,01Ω ~ 99Ω.

Então temos um divisor de tensão entre a resistência de 10KΩ ea resistência de 99Ω.

Agora, podemos usar a fórmula do divisor de tensão para ver a quantidade de tensão que cairá através do resistor superior 10KΩ e a resistência inferior 10KΩ em paralelo com o resistor de 100Ω.

A fórmula do divisor de tensão para a tensão em toda a resistência superior de 10KΩ é, V = 10V (10KΩ) / (10KΩ + 99Ω) = 9.9V.

A fórmula do divisor de tensão para a tensão em toda a resistência inferior de 10KΩ ea resistência de 100Ω é V = 10V(99Ω)/(10.099Ω) = 0,098V ou 98mV.

Lembre-se de que usamos 99Ω porque esta é a resistência equivalente dos 2 resistores (a resistência de 10KΩ ea resistência de 100Ω em paralelo).

Como os resistores estão em paralelo, eles têm a mesma tensão um com o outro, o que é 98mV.

Agora digamos que a carga precisa de cerca de 5 V para ser executada. Você pode ver com base no cálculo, não haverá voltagem suficiente na saída. Como calculamos, tivemos 98mV como nossa tensão em toda a carga na saída.

A resistência de 100Ω (carga) reduz a resistência à saída muito baixa. Portanto, em um circuito divisor de tensão, a carga obtém uma tensão muito baixa, uma vez que a tensão cai através das cargas em proporção direta à resistência (V = IR).

No entanto, se eliminarmos a carga de 100Ω e, em vez disso, conecte um amplificador operacional (com sua alta impedância de entrada), a resistência à saída (que, no final, a carga) não está abaixada. Portanto, a carga pode receber tensão suficiente.

Vamos ver como esse circuito agora muda com um amplificador operacional, com sua alta impedância de entrada e a carga conectada à saída do amplificador operacional.

Isso é mostrado abaixo.

Então, este circuito acima funciona.

O divisor de tensão está agora entre o resistor superior 10KΩ e o resistor de 10KΩ e o amplificador operacional na parte inferior.

O amplificador operacional oferece impedância de entrada praticamente infinita. Obviamente, não é realmente infinito na vida real, mas são centenas de megohms. Suponha que seja 100MΩ, embora possa ser muito mais.

Então, a equação que caracterizaria nosso divisor de tensão está entre, 10KΩ e 10KΩ || 100MΩ.

Fazendo a matemática na resistência paralela equivalente da 10KΩ || 100MΩ nos dá, (10KΩ)(100MΩ)/(10KΩ + 100MΩ)= 9999Ω ~ 10KΩ.

Então nós temos, 10KΩ || 10KΩ.

Qualquer divisor de tensão composto dos mesmos 2 resistores dá metade da tensão da fonte de alimentação. Mas apenas para mostrar a matemática, temos a fórmula do divisor de tensão, 10V * (10KΩ)/(10KΩ + 10KΩ)= 5V.

Portanto, 5 volts caem através da resistência superior de 10KΩ e 5V caem através da menor resistência de 10KΩ e 100Ω.

Uma vez que a resistência de 100Ω e 10KΩ está em paralelo, ambos recebem os mesmos 5V.

Então, você pode ver como o amplificador operacional nos permitiu amortecer a saída deste circuito para que a carga obtenha a voltagem que ele precisa.

Portanto, estas são as 2 razões principais pelas quais usamos seguidores de tensão. Ou não queremos carregar a fonte de alimentação e / ou queremos amortecer a tensão de saída de um circuito para que uma carga (especialmente uma baixa impedância) possa receber a voltagem que ele precisa.

Portanto, os seguidores de tensão são importantes para isolar um circuito de modo que uma carga de baixa impedância não remova energia ou tampão para que ele receba tensão suficiente.