O que é um amplificador operacional? Fórmulas de ganho, LM358 e circuitos com Arduino

Um amp-op (amplificador operacional) é um pequeno circuito integrado, normalmente de oito pinos, que multiplica por centenas de milhares a minúscula diferença de tensão entre as suas duas entradas. Essa é a resposta curta para o que é um amplificador operacional, mas um ganho tão grande sozinho não serve para muita coisa. A mágica acontece quando alguns resistores levam parte da saída de volta para a entrada: aí o amp-op vira um amplificador preciso com ganho definido por uma razão entre resistores, um buffer, um comparador ou um filtro. De pré-amplificadores de microfone a sensores de pulso, de módulos de balança a placas de som, há um amp-op em quase todo canto da eletrônica analógica.

Quando você trabalha com Arduino, o principal motivo para precisar de um amp-op é este: muitos sensores produzem sinais na faixa dos milivolts, enquanto o ADC do Arduino Uno só consegue distinguir degraus de 4,88 mV. Um termopar tipo K produz só 4,1 mV a 100 °C; ligado direto, o Arduino mal percebe essa temperatura. Neste guia você vai aprender as regras do amp-op ideal, as fórmulas de ganho inversor e não inversor, o seguidor de tensão, o comparador, a pinagem do LM358 e do LM741, o funcionamento com fonte simples e como adaptar sinais de microfone e de termopar ao ADC de um Arduino, de um ESP32 e de um Raspberry Pi Pico, tudo com valores reais.

O que é um amplificador operacional e como ele funciona?

Um amp-op tem cinco terminais básicos: a entrada não inversora (+), a entrada inversora (−), a saída e dois pinos de alimentação (V+ e V−). Ele só olha a diferença entre as duas entradas e a multiplica pelo seu ganho em malha aberta (A): Vout = A × (V+ − V−). No LM358, A é tipicamente 100.000 (100 dB). Isso quer dizer que uma diferença de apenas 0,1 mV entre as entradas pede 10 V na saída; mas a saída não pode passar da alimentação, então a saída de um amp-op sem realimentação quase sempre gruda em um dos trilhos, ou seja, satura. Esse comportamento é útil em circuitos comparadores. Para montar um amplificador, parte da saída volta para a entrada inversora através de resistores; isso se chama realimentação negativa e, a partir daí, quem define o ganho são os resistores, e não o amp-op.

Regras do amp-op ideal: curto-circuito virtual e corrente de entrada zero

• Regra 1 – As entradas não puxam corrente: um amp-op ideal tem resistência de entrada infinita, então nenhuma corrente entra nos pinos + e −. Na prática, o LM358 puxa cerca de 20 nA, o que causa um erro de só 2 mV mesmo sobre um resistor de 100 kΩ.
• Regra 2 – Curto-circuito virtual: com realimentação negativa, a saída faz o que for preciso para deixar as duas entradas na mesma tensão, ou seja, V+ = V−. As entradas não estão ligadas entre si, mas ficam na mesma tensão.
• Regra prática – A saída não passa da alimentação: mesmo que a fórmula peça 12 V, um amp-op alimentado com 5 V só chega até a alimentação, e um LM358 só até cerca de 3,5 V. Uma saída presa nesse limite está em ceifamento (clipping) ou saturação.

Com essas regras você resolve quase qualquer circuito com amp-op no papel em poucas linhas: primeiro encontre a tensão na entrada +, considere que a entrada − está na mesma tensão e depois escreva as correntes nos resistores com a lei de Ohm. Como a corrente não pode entrar na entrada, ela tem de passar pelo resistor de realimentação, e isso dá a tensão de saída. Lembre: a segunda regra só vale quando há realimentação negativa. Em circuitos sem realimentação, como o comparador, as entradas ficam em tensões diferentes e a saída fica em um dos trilhos. Se quiser revisar cálculos de corrente e tensão, dê uma olhada no guia da lei de Ohm.

Amplificador não inversor: fórmula de ganho e exemplo

No amplificador não inversor, o sinal vai direto para a entrada +. Um resistor de realimentação (Rf) vai da saída até a entrada −, e um resistor de terra (Rg) vai da entrada − até o GND. Esses dois resistores formam um divisor de tensão: a tensão na entrada − é Vout × Rg / (Rf + Rg). Pela regra do curto-circuito virtual, ela é igual à entrada, o que dá a fórmula Vout = Vin × (1 + Rf / Rg). Com Rf = 10 kΩ e Rg = 1 kΩ, o ganho é 11, então um sinal de 100 mV vira 1,1 V. A saída se move no mesmo sentido da entrada, o ganho nunca fica abaixo de 1 e a resistência de entrada do circuito é muito alta, então ele não carrega o sensor.

Amplificador inversor e terra virtual

No amplificador inversor, a entrada + vai ao GND e o sinal chega à entrada − por um resistor Rin; Rf de novo fica entre a saída e a entrada −. Pela regra do curto-circuito virtual, a entrada − também está em 0 V, mas não está ligada ao GND; isso se chama terra virtual. A corrente Vin / Rin que passa por Rin não pode entrar na entrada, então tem de passar por Rf, e a saída fica Vout = −(Rf / Rin) × Vin. Com Rin = 10 kΩ e Rf = 47 kΩ, o ganho é −4,7: uma entrada de 0,5 V dá uma saída de −2,35 V. O sinal de menos indica que o sinal é invertido. A resistência de entrada do circuito é mais ou menos Rin, então ele pode carregar um sensor com resistência interna alta.

Um bom uso da topologia inversora é o amplificador somador (mixer): ligue vários sinais à entrada −, cada um pelo seu próprio resistor, e a saída vira a soma ponderada e invertida desses sinais. Em um circuito Arduino com fonte simples, porém, você precisa ligar a entrada + de um amplificador inversor a uma referência, como metade da alimentação, em vez do GND; caso contrário, entradas positivas pedem uma saída negativa e a saída gruda em 0 V. Nesse caso, a fórmula fica Vout = Vref − (Rf / Rin) × (Vin − Vref).

Seguidor de tensão (buffer): o circuito mais útil com ganho 1

Ligue a saída direto na entrada − e leve o sinal à entrada +, e você tem um seguidor de tensão (buffer). Como Rf é zero e Rg é infinito, o ganho é exatamente 1 e Vout = Vin. Por que um circuito que não amplifica é útil? Porque ele quase não puxa corrente da entrada, mas consegue entregar miliampères na saída; ele transforma uma fonte de alta impedância em uma de baixa impedância. O datasheet do ATmega328P diz que o ADC funciona melhor com uma impedância de fonte de 10 kΩ ou menos. Um divisor de tensão de 100 kΩ + 100 kΩ se comporta como uma fonte de 50 kΩ e, quando o Arduino alterna entre canais, a leitura pode variar alguns degraus. Coloque um seguidor depois do divisor e o problema some.

Outros usos clássicos do seguidor: suavizar um sinal PWM com um filtro RC e passá-lo por um buffer para fazer um DAC simples, compartilhar entre vários circuitos uma tensão de referência tirada de um potenciômetro e acionar um cabo longo a partir da saída de um amp-op em vez de uma saída fraca de sensor. Com fonte simples, o LM358 consegue seguir até 0 V, mas com 5 V de alimentação não passa de cerca de 3,5 V; se quiser bufferizar toda a faixa de 0–5 V, escolha um amp-op rail-to-rail.

O amp-op como comparador

Usado sem realimentação, o amp-op vira uma chave que compara duas tensões: se a entrada + estiver nem que seja alguns milivolts acima da entrada −, a saída vai para o limite superior; se estiver abaixo, a saída vai para 0 V. Uma luz noturna sem microcontrolador é um bom exemplo. Ligue à entrada + o ponto médio de um divisor montado na ordem 5V, 10 kΩ, LDR, GND, e à entrada − o cursor de um potenciômetro. No escuro, a resistência do LDR sobe, a tensão do ponto médio cruza o limiar que você ajustou no potenciômetro e um LED ligado à saída por 330 Ω acende. O LM358 dá conta desse trabalho, mas é lento: com uma taxa de variação de 0,3 V/µs, a saída precisa de mais de 10 µs para subir de 0 a 3,5 V.

Para trabalhos que precisam de transições rápidas e limpas, usa-se um comparador de verdade, como o LM393. O LM393 tem a mesma pinagem do LM358, mas a saída dele é de coletor aberto: ela só consegue puxar a saída para o GND e precisa de um resistor de pull-up, como 10 kΩ, entre a saída e a alimentação para ir para nível alto. Isso permite ligar o pull-up em 3,3 V e levar com segurança a saída de um comparador alimentado com 5 V a um ESP32 ou a um Pico. O chip pequeno ao lado do trimpot azul no sensor de som KY-038 e nos módulos de umidade do solo, chuva, chama e gás é quase sempre um LM393.

Com sinais que mudam devagar ou têm ruído perto do limiar, a saída de um comparador pode oscilar centenas de vezes por segundo; a luz noturna pisca ao entardecer. A solução é a histerese, ou seja, um Schmitt trigger. Leve o sinal à entrada + por um resistor R1 de 10 kΩ e ligue um resistor R2 de 1 MΩ da saída de volta para a entrada +. Cada vez que a saída muda, essa realimentação positiva desloca um pouco o limiar; a distância entre o limiar de subida e o de descida é de cerca de excursão da saída × R1 / R2. Com uma saída que vai de 0 a 5 V, 5 × 10k / 1M dá 50 mV de histerese, o que costuma bastar para engolir o ruído. Você pode aplicar a mesma ideia no software com dois limiares separados; o exemplo com ESP32 mais abaixo faz exatamente isso.

Pinagem do LM358 e do LM741

Os dois amp-ops que você mais vai encontrar na eletrônica de hobby são o LM358, de dois canais, e o clássico LM741, de um canal. Os dois vêm em encapsulamento DIP de 8 pinos. Segure o chip de modo que consiga ler a marcação, com o chanfro virado para a esquerda: o pino 1 fica embaixo à esquerda e a numeração aumenta no sentido anti-horário. As pinagens são diferentes, então não dá para simplesmente colocar um no lugar do outro:

O LM741 é a estrela dos livros didáticos desde 1968, mas foi projetado para uma fonte simétrica como ±15 V: as entradas dele precisam ficar cerca de 3 V e a saída 1–3 V para dentro dos trilhos. Com uma fonte simples de 5 V, depois de descontar essas margens não sobra faixa útil; se um circuito com LM741 não funciona alimentado pelo pino 5V do Arduino, é por isso. Já o LM358 foi projetado para fonte simples: as entradas incluem 0 V, a saída chega a poucos milivolts de 0 V, e a única desvantagem é que o máximo fica em V+ − 1,5 V. Em placas de 3,3 V como o ESP32 e o Pico, use um amp-op rail-to-rail como o MCP6002; ele tem a mesma pinagem do LM358, então entra direto no circuito. Se você precisa de quatro canais, o LM324 de 14 pinos é o irmão quádruplo do LM358.

Funcionamento com fonte simples: terra virtual e rail-to-rail

A maioria dos circuitos com amp-op dos livros didáticos usa uma fonte simétrica como ±15 V, e o sinal oscila dos dois lados de 0 V. No mundo Arduino, normalmente você só tem 5 V ou 3,3 V. Isso não é problema para sinais DC que ficam sempre positivos, como os de um termopar, de um resistor shunt ou de um LM35; eles podem ser amplificados direto com um amp-op cujas entradas incluem 0 V. Mas sinais AC que vão para o positivo e para o negativo, como o de um microfone, precisam primeiro ser elevados até o meio da alimentação. Para isso você cria uma tensão de ponto médio com dois resistores e coloca ao lado um capacitor de 10 µF para reduzir o ruído. Esse ponto se chama terra virtual ou referência; o sinal é sobreposto a ele por um capacitor de acoplamento.

• Escolha o amp-op certo: modelos cuja faixa de entrada não inclui 0 V, como o LM741 ou o TL072, ceifam de forma inesperada com fonte simples; use um LM358, um LM324 ou um MCP6002.
• Leve em conta os limites da saída: a saída do LM358 em 5 V vai de cerca de 0,02 a 3,5 V, então para sinais AC um ponto médio em torno de 1,8 V fica mais equilibrado do que 2,5 V. O MCP6002 chega a cerca de 25 mV dos dois trilhos, então o ponto médio dele pode ser exatamente VCC/2.
• Alimente o amp-op com a mesma tensão da placa: um amp-op alimentado com 12 V pode jogar mais de 10 V em um pino do ESP32 ou do Pico se o ganho estiver errado.
• Use um GND comum: os terras do sensor, do amp-op e da placa precisam estar unidos; o porquê está no guia do terra comum.
• Não deixe o canal sem uso flutuando: ligue a metade sobrando do LM358 como seguidor (saída na entrada −) e ligue a entrada + dele ao GND ou ao ponto médio; entradas flutuantes podem causar oscilação e consumo de corrente desnecessário.

Amplificando o sinal de um microfone: pré-amplificador para microfone de eletreto

Os microfones de eletreto costumam ter uma sensibilidade de cerca de −44 dBV/Pa, o que significa que, mesmo com uma pressão sonora alta de 94 dB, eles entregam só uns 6 mV. Uma conversa normal a um metro de distância fica em torno de 0,1 mV, enquanto uma palma bem ao lado do microfone pode chegar a algumas dezenas de milivolts. Com o degrau de 4,88 mV do Arduino, esse sinal ou nem aparece ou se move só alguns degraus; isso também explica por que a saída analógica de módulos como o sensor de som KY-038 é tão fraca. A solução é um amplificador AC não inversor com ganho de cerca de 100. O circuito abaixo usa o canal A do LM358:

Graças ao capacitor C2, o circuito é um seguidor com ganho 1 em DC; em silêncio, a saída fica parada no ponto médio, cerca de 1,8 V. Nas frequências de áudio, porém, o C2 se comporta como um curto-circuito e o ganho passa a ser 1 + 100k / 1k = 101 (40 dB). A frequência de corte inferior é definida por Rg e C2: 1 / (2π × 1 kΩ × 10 µF) ≈ 16 Hz. O limite superior vem do produto ganho-largura de banda do amp-op: 0,7 MHz / 101 ≈ 7 kHz no LM358, o que basta para a voz. Se quiser mais ganho, lembre que a largura de banda diminui na mesma proporção; se precisar de um ganho de 1000, é melhor dividi-lo em dois estágios de cerca de 32 cada.

1// LM358 mikrofon ön yükselteci ile ses seviyesi / Sound level with an LM358 mic preamp
2const int MIC_PIN = A0;                // LM358 pin 1 (1OUT)
3const float GAIN = 101.0;              // 1 + 100k / 1k
4const unsigned long WINDOW_MS = 50;    // ölçüm penceresi / sampling window
5
6void setup() {
7  Serial.begin(115200);
8}
9
10void loop() {
11  int minV = 1023, maxV = 0;
12  unsigned long start = millis();
13  while (millis() - start < WINDOW_MS) {   // 50 ms boyunca örnekle / sample for 50 ms
14    int v = analogRead(MIC_PIN);
15    if (v < minV) minV = v;
16    if (v > maxV) maxV = v;
17  }
18  float ppVolt = (maxV - minV) * 5.0 / 1023.0;   // tepe-tepe çıkış / peak-to-peak output
19  float micMv = ppVolt * 1000.0 / GAIN;          // mikrofonun kendi sinyali / the mic's own signal
20
21  Serial.print("Çıkış / output: ");
22  Serial.print(ppVolt, 3);
23  Serial.print(" V p-p   Mikrofon / mic: ");
24  Serial.print(micMv, 2);
25  Serial.println(" mV p-p");
26}

O código coleta o máximo de amostras que consegue durante 50 ms, encontra o menor e o maior valor e converte a diferença em volts; essa é a amplitude pico a pico do som. Dividindo o resultado por 101, você obtém a tensão que o próprio microfone produz. Em um ambiente silencioso, a saída se move só alguns degraus do ADC (0,01–0,02 V), enquanto uma palma por perto passa fácil de 1 V. Se o sinal ceifar, ou seja, se a saída bater em 0 V ou em 3,5 V, baixe o Rf para 47 kΩ. Formas de deixar a medição mais estável estão no guia de filtragem de dados de sensores.

Amplificando um termopar: termopar tipo K e LM358

Um termopar tipo K produz uma pequena tensão proporcional à diferença de temperatura na junção onde dois metais diferentes se encontram: cerca de 41 µV/°C. Você mede 4,1 mV a 100 °C, 20,6 mV a 500 °C e 41,3 mV a 1000 °C. Ligado direto a um Arduino, um degrau do ADC (4,88 mV) corresponde a cerca de 119 °C; isso não é uma medição. Um amplificador não inversor com ganho de 101 montado no canal B do LM358 eleva o sinal para 4,14 mV/°C: agora um degrau equivale a cerca de 1,2 °C, e o limite de 3,5 V da saída do LM358 permite leituras até cerca de 700–800 °C, dependendo do offset. A ligação: terminal + do termopar no pino 5 (2IN+), terminal − no GND; Rf = 100 kΩ entre o pino 7 e o pino 6, Rg = 1 kΩ entre o pino 6 e o GND; o pino 7 vai ao A1 do Arduino. No tipo K, o fio de alumel, que é o terminal −, é levemente magnético, um jeito prático de distinguir os terminais.

Na verdade, o termopar mede a diferença entre a junção quente e a junção fria, onde os fios dele encontram a ligação de cobre. Para obter a temperatura real, você precisa medir a temperatura da junção fria separadamente e somá-la; isso se chama compensação de junção fria. O código abaixo usa para isso um LM35 colocado bem ao lado dos bornes de ligação (saída no A2). Além disso, o offset de entrada de 3–7 mV do LM358 também é multiplicado por 101 e cria um erro de 0,3–0,7 V na saída, ou seja, 70–170 °C. O código mede esse offset na inicialização e o subtrai das leituras seguintes, então ligue a placa com a sonda em temperatura ambiente.

1// K tipi termokupl + LM358 (kazanç 101) + LM35 soğuk uç / K-type thermocouple + LM358 (gain 101) + LM35 cold junction
2const int TC_PIN = A1;           // LM358 pin 7 (2OUT)
3const int LM35_PIN = A2;         // LM35 çıkışı / LM35 output
4const float GAIN = 101.0;        // 1 + 100k / 1k
5const float MV_PER_C = 0.041;    // K tipi: yaklaşık 41 µV/°C / K-type: about 41 µV/°C
6float zeroMv = 0;                // açılışta ölçülen ofset / offset measured at power-up
7
8float readMv(int pin) {
9  long sum = 0;
10  for (int i = 0; i < 64; i++) sum += analogRead(pin);   // 64 okumanın ortalaması / average of 64 readings
11  return sum / 64.0 * 5000.0 / 1023.0;
12}
13
14void setup() {
15  Serial.begin(115200);
16  delay(500);
17  zeroMv = readMv(TC_PIN);       // prob oda sıcaklığında olmalı / probe must be at room temperature
18  Serial.print("Ofset / offset: ");
19  Serial.print(zeroMv, 1);
20  Serial.println(" mV");
21}
22
23void loop() {
24  float coldC = readMv(LM35_PIN) / 10.0;           // LM35: 10 mV/°C
25  float tcMv = (readMv(TC_PIN) - zeroMv) / GAIN;   // termokupl gerilimi / thermocouple voltage
26  float hotC = coldC + tcMv / MV_PER_C;            // soğuk uç telafisi / cold-junction compensation
27
28  Serial.print("Ortam / ambient: ");
29  Serial.print(coldC, 1);
30  Serial.print(" °C   Prob / probe: ");
31  Serial.print(hotC, 1);
32  Serial.println(" °C");
33  delay(500);
34}

Adaptando ao ADC do Arduino: colocando o sinal na faixa certa

O verdadeiro trabalho de um amp-op nos projetos com Arduino é levar o sinal do sensor para a faixa em que o ADC consegue usá-lo com mais eficiência. A regra é simples: o máximo do sinal deve chegar perto do topo da faixa do ADC, mas sem invadir as pontas, onde o amp-op e o ADC não são lineares. Por exemplo, o LM35 dá 0–500 mV entre 0 e 50 °C; lido direto em um Uno, você tem uma resolução de 0,49 °C por degrau. Amplifique o mesmo sinal com ganho de 6,6 para 0–3,3 V e a resolução cai para 0,074 °C. Veja o projeto passo a passo:

1. Encontre a faixa de saída do sensor: anote a tensão de saída mínima e máxima no datasheet (LM35, 0–50 °C: 0–0,5 V).
2. Escolha a faixa-alvo: a zona segura é de cerca de 0,02–3,5 V para um Uno com LM358, 0,15–2,5 V para um ESP32 e 0,03–3,25 V para um Pico com MCP6002.
3. Calcule o ganho: G = máximo da faixa-alvo / máximo do sensor = 3,3 / 0,5 = 6,6. Para 1 + Rf / Rg = 6,6 em um amplificador não inversor, escolha Rf = 56 kΩ e Rg = 10 kΩ.
4. Remova o offset: se o sensor trabalha em uma faixa que não começa em zero, como 1–2 V, subtraia primeiro a tensão de referência (Vref em um amplificador inversor, ou um amplificador diferencial) e depois amplifique.
5. Proteja e filtre: coloque um resistor de 1 kΩ em série entre a saída do amp-op e o pino do ADC, e 100 nF entre o pino e o GND. Esse filtro RC atenua o ruído acima de cerca de 1,6 kHz e limita qualquer corrente de falha que entre no pino.
6. Faça a conta de volta no software: divida a tensão medida pelo ganho para obter a tensão real do sensor (Vsensor = Vadc / G); meça os resistores com um multímetro para acertar o ganho.

Lendo a saída de um amp-op com o ESP32: interruptor por palmas

Como o ESP32 funciona com 3,3 V, monte o mesmo circuito de microfone com um MCP6002 e alimente-o pelo pino 3V3; use dois resistores de 100 kΩ para o ponto médio (1,65 V). Se você alimentar um LM358 com 5 V, a saída dele pode chegar a 3,5 V e forçar o pino do ESP32. Ligue a saída do amp-op ao GPIO 34, um dos canais do ADC1 que funcionam também com o Wi-Fi ligado. O código abaixo mede a amplitude pico a pico em janelas de 20 ms, usa valores em milivolts calibrados de analogReadMilliVolts() e aplica histerese no software com dois limiares separados: cada palma alterna o LED integrado. Se é a primeira vez que você usa a placa, comece pelos passos de configuração do guia O que é o ESP32.

1// ESP32: MCP6002 mikrofon yükselteci ile el çırpma anahtarı / ESP32: clap switch with an MCP6002 mic preamp
2const int MIC_PIN = 34;      // MCP6002 çıkışı, ADC1 kanalı / MCP6002 output, ADC1 channel
3const int LED_PIN = 2;       // dahili LED / onboard LED
4const int ON_MV = 800;       // üst eşik, mV tepe-tepe / upper threshold, mV peak-to-peak
5const int OFF_MV = 300;      // alt eşik: histerezis / lower threshold: hysteresis
6
7bool loud = false;
8bool ledOn = false;
9
10void setup() {
11  Serial.begin(115200);
12  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
13}
14
15void loop() {
16  int minMv = 3300, maxMv = 0;
17  unsigned long start = millis();
18  while (millis() - start < 20) {                // 20 ms pencere / 20 ms window
19    int mv = analogReadMilliVolts(MIC_PIN);      // kalibre edilmiş mV / calibrated mV
20    if (mv < minMv) minMv = mv;
21    if (mv > maxMv) maxMv = mv;
22  }
23  int pp = maxMv - minMv;
24
25  if (!loud && pp > ON_MV) {                     // üst eşik aşıldı: alkış / upper threshold crossed: a clap
26    loud = true;
27    ledOn = !ledOn;
28    digitalWrite(LED_PIN, ledOn ? HIGH : LOW);
29    Serial.printf("Alkış / clap: %d mV p-p\n", pp);
30    delay(250);                                  // yankıları yok say / ignore echoes
31  } else if (loud && pp < OFF_MV) {              // ses alt eşiğin altına indi / sound fell below the lower threshold
32    loud = false;
33  }
34}

Raspberry Pi Pico e MicroPython: medindo corrente com um resistor shunt

Outro trabalho prático para um amp-op é medir corrente. Se você colocar um resistor shunt de 0,1 Ω entre o terminal negativo de um motor ou de uma fita de LED e o GND, uma corrente de 1 A derruba só 100 mV sobre ele. Um amplificador não inversor montado com um MCP6002 (Rf = 100 kΩ, Rg = 4,7 kΩ) multiplica essa tensão por 22,3: 1 A agora vira 2,23 V e, com a faixa de 3,3 V do Pico, dá para medir até cerca de 1,45 A. O lado de cima do shunt vai ao pino 3 do MCP6002 e a saída do amp-op (pino 1) vai ao pino GP26 (ADC0) do Pico; o amp-op é alimentado pelo pino 3V3(OUT), e o GND da fonte da carga é unido ao GND do Pico. Com 1,5 A, o shunt dissipa 0,225 W, então use um resistor de pelo menos 0,5 W.

1# Pico: 0,1 Ω şönt + MCP6002 (kazanç 22,3) ile akım ölçümü / current sensing with a 0.1 Ω shunt + MCP6002 (gain 22.3)
2from machine import ADC
3import time
4
5adc = ADC(26)                 # GP26 = ADC0, MCP6002 pin 1
6VREF = 3.3
7GAIN = 1 + 100000 / 4700      # Rf = 100k, Rg = 4.7k -> 22.3
8SHUNT = 0.1                   # şönt direnci, ohm / shunt resistance, ohms
9
10def read_volts(n=100):
11    total = 0
12    for _ in range(n):        # 100 okumanın ortalaması / average of 100 readings
13        total += adc.read_u16()
14    return total / n * VREF / 65535
15
16zero = read_volts()           # yük kapalıyken ofset / offset with the load off
17print("Sıfır / zero: {:.3f} V".format(zero))
18
19while True:
20    v_out = read_volts() - zero
21    amps = v_out / GAIN / SHUNT           # I = V / R
22    print("Akım / current: {:.3f} A".format(max(amps, 0)))
23    time.sleep(0.5)

Na inicialização, com a carga desligada, o código mede o offset do amp-op e o subtrai das leituras seguintes; a média de 100 leituras atenua o ruído do ADC. Para correntes maiores, diminua o valor do shunt ou o ganho; confira a tensão sobre o shunt e a potência que ele dissipa com a ferramenta Lei de Ohm. Se preferir uma solução pronta, o sensor de corrente ACS712, de efeito Hall, mede a corrente mantendo a carga isolada do seu circuito. Se você está configurando o Pico pela primeira vez, o guia O que é o Raspberry Pi Pico mostra como instalar o MicroPython.

Outros circuitos com amp-op

Para sensores em ponte, como as células de carga, em que as duas saídas ficam no meio da alimentação e a diferença entre elas é de só alguns milivolts, chips prontos são mais práticos: o HX711 tem um amplificador com ganho de até 128 e um ADC de 24 bits. Já o amp-op da placa de um sensor de pulso amplifica e filtra o sinal fraco do sensor de luz, e é por isso que o Arduino vê uma onda de pulso nítida logo na primeira tentativa.

Ideias de projetos com amp-op

• Lâmpada acionada por palmas: acione um módulo relé com o pré-amplificador de microfone e o código do ESP32 com histerese.
• VU meter: transforme a amplitude pico a pico em uma barra que sobe com a música em uma fita de LED WS2812B.
• Termômetro de forno: meça até 500 °C com o amplificador de termopar e mostre o valor em um display OLED.
• Luz noturna sem código: faça um LED que acende no escuro com um LDR e um comparador LM358, sem nenhum microcontrolador.
• Balança digital: leia uma célula de carga com o HX711 e monte uma balança de cozinha com precisão de grama.
• Monitor de corrente do motor: meça a corrente do motor do seu carrinho robô com um shunt e um amp-op, e pare o motor quando a corrente subir porque ele travou.

Erros comuns e como corrigi-los

O amp-op é um tradutor que transforma o mundo analógico em uma língua que o microcontrolador entende: sabendo as duas regras e as duas fórmulas de ganho, você deixa qualquer sinal pronto para o ADC, venha ele de um microfone, de um termopar, de um resistor shunt ou de um sensor em ponte. Use a ferramenta Ganho do amp-op para testar valores; no app BlueGrays você encontra projetos analógicos como medição de luz com LDR, luz noturna, voltímetro digital, medição de temperatura com NTC e sensores de chama e de gás, passo a passo, com esquemas de circuito e código.