slides elaii capitulo 1 amplificadores diferenciais

Amplificadores Diferenciais

Eletrnica Analgica II

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Introduo

- Amplificador Operacional (amp op) ou AO

- O termo refere -se a um amplificador que realiza uma operao matemtica.

- Inicialmente, implementao do amp op com componentes discretos.

- Nos anos 80, utilizao de circuitos integrados (CIs).

Amp op implementado com vlvulas Amp op na forma de um CI

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Introduo

- Amplificador Operacional (amp op) ou AO

- um amplificador de ganho alto, impedncia de entrada muito alta e impedncia de sada baixa.

- Geralmente, pode operar em frequncias de 0 a acima de 20 MHz.

- Um CI amp op um bloco funcional com pinos externos.

- Conectando -se esses pinos a tenses de alimentao e alguns componentes, pode -se construir rapidamente vrios tipos de circuitos convenientes.

Como alguns circuitos integrados so construdos?

R: Seo 17.1 Livro Malvino

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Amplificador Diferencial

- Componentes prticos que podem ser produzidos em um CI

- Transistores, diodos e resistores;

- Capacitores menores que 50 pF.

- Ausncia de capacitores de acoplamento e de desvio (bypass).

- Acoplamento direto entre os estgios.

- Amplificador diferencial (amp dif) o circuito de entrada utilizado em muitos amp op.

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- Forma geral

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- Forma geral

- Dois estgios CE em paralelo com um resistor de emissor comum.

- Duas entradas e duas sadas (tenso entre os coletores).

- O circuito completo considerado um estgio.

- Idealmente, o circuito simtrico com transistores e resistores de coletor idnticos.

- A voltagem de sada

vout =v c2 vc1

- Com simetria perfeita, v out = 0 quando v 1 = v 2.

- Na figura, v 1 maior que v 2.

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- Forma modificada

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- Forma modificada

- Informaes sobre as vrias caractersticas de entrada de um tpico CI amp op.

- Entrada dupla, sada nica.

- Quando V 1 , a corrente de emissor do transistor da esquerda . Isto eleva a tenso na extremidade superior

de R E, que equivale diminuio do V BE do transistor da direita. V BE menor significa menor corrente de coletor no transistor correspondente, o que aumenta a tenso de sada.

- V1 tenso de sada . Por isso, a entrada de tenso V 1

chamada de entrada no - inversora.

- V2 tenso de sada . Por isso, a entrada de tenso V 2

chamada de entrada inversora.

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- Forma modificada

- Smbolo diagrama de blocos

- Entrada diferencial e sada nica

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- Amp dif com resistores de base

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- Corrente de cauda: corrente atravs do resistor de emissor;

- Quando os transistores so idnticos, corrente divide -se igualmente entre Q 1 e Q 2;

- Pela lei de Ohm, equao ideal para a corrente de cauda

- Pode-se incluir a queda V BE

- VBE, aproximadamente 0,7 V (transistores de silcio).

E

EET

R

VI

E

BEEET

R

VVI

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- Pode-se incluir o efeito da resistncia de base utilizando

ccBE

BEEET

RR

VVI

2

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- Exemplo 1.1: Considere os transistores idnticos com

cc = 100. Qual a tenso de sada?

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- Exemplo 1.1: Soluo 1

- Idealmente, a extremidade superior do resistor emissor est no potencial do terra, assim

- Cada emissor fornece metade dessa corrente de cauda

- A corrente de coletor do transistor da direita aproximadamente 0,5 mA

AK

V

R

VI

E

EET m 1

15

15

mA 5,0mA 15,0EI

VKVVout 5,715mA5,015

15



- Pela segunda aproximao

- Corrente de emissor em cada transistor

- e a tenso de sada

AK

VV

R

VVI

E

BEEET m 953,0

15

7,015

mA 477,0mA 953,05,0EI

VKVVout 85,715mA477,015

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- Pela resposta quase exata

- Corrente de emissor em cada transistor

- e a tenso de sada

- Respostas melhoram a cada refinamento.

- Ignorar 0,7V produz um erro menor que 5%.

AKK

VV

RR

VVI

ccBE

BEEET m 943,0

2003315

7,015

2

mA 472,0mA 943,05,0EI

VKVVout 92,715mA472,015

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- Exemplo 1.2: Se cc = 100 para os dois transistores do amp dif do exemplo anterior, qual a corrente de base, e a tenso de base?

- Soluo: a corrente ideal de cauda 1 mA. A metade disso 0,5 mA. A corrente de base em cada transistor

- A tenso nas duas bases

A5 100

mA5,0

cc

EB

II

VKVB 165,033A5

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- Exemplo 1.3: Considere agora que o transistor da esquerda tem cc = 90 e o transistor da direita tem cc= 110. Quais so as correntes de base? E as tenses de base?

- Soluo: a corrente ideal de cauda 1 mA. A metade disso 0,5 mA. A corrente e tenso de base do transistor da esquerda so

- A corrente de base do transistor da direita

- Para transistores no idnticos, haver ligeira diferena nas duas correntes e tenses de base resultantes.

A5,56 90

mA5,0

11

cc

EB

II

VKVB 15,033A55,42A4,55

110

mA5,0

2

2

cc

EB

II

VKVB 183,033A56,51

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- Corrente de compensao ( offset ) de entrada

- Diferena entre as correntes da base

- Indicao de quo prximas so as caractersticas dos dois transistores.

- O fato da corrente de um transistor ser maior que a do outro pode causar problemas se as resistncias de base forem muito grandes.

- Quanto maiores as resistncias da base, maiores sero as tenses de base.

21 BBoffin III

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- Corrente de polarizao de entrada

- Mdia das duas correntes de base

- Corrente de base

- As folhas de dados de amps op sempre incluem os valores de I in(off) e I in(bias) .

- Para calcular as correntes de base

2

21 BBbiasin

III

21

offin

biasinB

III

22

offin

biasinB

III

21


- Exemplo 1.4: Considere que na figura a seguir o transistor da esquerda tem cc = 90 e o transistor da direita tem cc = 110.Quais sero as duas correntes e tenses de base?

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- Exemplo 1.4: Soluo

- A corrente de cauda 15 A (15V/1M ), sendo a metade desse valor igual a 7,5 A.

- Corrente e tenso na base do transistor da esquerda

- Corrente e tenso na base do transistor da direita

- Correntes de base pequenas permitem utilizar resistncia de 1 M e ainda obter de tenses de base pequenas.

- Projetista tenta manter a tenso de base < que 0,1 V.

- Isto faz da corrente ideal de cauda uma boa aproximao

nA 3,8390

A 5,7

1

1

cc

EB

II VMnVB 0833,01A3,831

nA 2,68110

A 5,7

2

2

cc

EB

II VMnVB 0682,01A2,682

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- Exemplo 1.5: No exemplo anterior, qual a corrente de compensao de entrada? E a corrente de polarizao de entrada?

- A corrente de compensao de entrada a diferena entre as duas correntes de base

- A corrente de polarizao de entrada a mdia entre as duas correntes de base:

nAnAnAIII BBoffin 1,152,683,8321

nAnAnAII

I BBbiasin 8,752

2,683,83

2

21

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- Exemplo 1.6: As folhas de dados de um CI amp op fornecem esses valores: I in(offset) = 20 nA e I in(bias) = 80 nA. Quais so as duas correntes de base?

- As folhas de dados fornecem valores absolutos para I in(offset) .

- Uma I in(offset) de 20 nA significa que uma corrente de base 20nA maior do que a outra.

- Admitindo que I B1 > I B2:

- Se I B1 < I B2 os valores sero contrrios.

nAnA

nAI

IIoffin

biasinB 902

2080

21

nAnA

nAI

IIoffin

biasinB 702

2080

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Anlise CA de um amp dif

- Outra forma de visualizar as tenses de entrada e de sada de um amp dif

- A tenso denominada v 1 a que o amp dif realmente responde.

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- A tenso v 1 a que o amp dif amplifica para produzir o sinal de sada.

- Circuito da cauda uma fonte de corrente.

- O objetivo geral da polarizao de emissor produzir uma corrente de emissor bem estvel.

- Corrente ideal de emissor

- Uma vez que V EE e RE sejam ajustados, a corrente de emissor constante.

- Para simplificar a anlise ca, substitui -se a cauda por uma fonte de corrente.

E

EEE

R

VI

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- A fonte de corrente produz uma corrente constante I T.

- Se os transistores forem idnticos, essa corrente de cauda de dividir igualmente entre os transistores.

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- A tenso de sada ser igual tenso de alimentao do coletor menos a queda de tenso no resistor de coletor.

- Se v 1 for zero, a tenso de sada permanecer constante.

- Se v 1 > 0, a tenso de sada aumentar.

- Se v 1 < 0, a tenso de sada diminuir.

- Motivo: a corrente de cauda a soma das duas correntes de emissor.

- Admitindo v 1 > 0, a corrente do emissor de Q 1 aumenta.

- Como a corrente de cauda constante, a corrente de emissor de Q 2 tem de diminuir, pois

21 EET III

12 ETE III

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- Uma menor corrente de emissor atravs de Q 2 significa uma menor corrente de coletor e uma maior tenso de sada.

- Por outro lado, quando v 1 < 0, a corrente de emissor de Q1 diminuir, o que forar a corrente de emissor de Q2 a aumentar.

- Isso significa que a corrente de coletor ser maior, o que produz uma tenso de sada baixa.

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- Circuito equivalente ca.

- Aterrar os pontos VCC e VEE (reduzir fonte de tenso para zero).

- Abrir a fonte de corrente.

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