28/10/2010 IFBA. CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE. Vitória da Conquista, 2010.

Transcrição

1 IFBA CELET Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE Vitória da Conquista, a Parte Introdução Amplificador Diferencial 1

2 Amplificador Diferencial A fabricação de capacitores de acoplamento ou de passagem em CI não é possível; Para evitar um acoplamento direto uma das maneiras é utilizar um amplificador diferencial. Entrada e saída Diferenciais Sinais de entrada podem ter frequências de qualquer valor até zero, equivalente ao CC; Idealmente, o circuito é simétrico com transistores e resistores do coletor idênticos; v 1 = tensão de entrada não-inversora v 2 = tensão de entrada inversora v out = tensão entre os coletores (tensão diferencial) A V = R C /r e v out =A V (v 1 v 2 ) Uma saída de terminal duplo tem poucas aplicações porque ela requer uma carga flutuante. Amplificador Diferencial Saída com Terminal Simples A fig. mostra a forma mais prática e mais amplamente usada de um amp. dif.; A tensão de saída CA ainda é: v out = A V (v 1 v 2 ) Com uma saída com terminal simples o ganho é a metade do valor com uma saída diferencial; A V =R C /2r e Diagrama em bloco. Se v 2 =0 v out = A V (v 1 ) Se v 1 =0 v out = A V (v 2 ) 2

3 Análise CC de um Amp-Dif Considerando os transistores e resistores iguais; A tensão CC em qualquer coletor é dada por: V C =V CC I C R C Corrente de cauda: I T = 2*I E I T =V EE V BE R E Efeito do Resistor de Base I T = V EE V BE. R E +R B /2β cc Em qualquer projeto prático, R B /2β cc é menor que 1% de R E. Análise CA de um Amp-Dif ComumR E grande, a corrente de cauda é quase constante quando um pequeno sinal CA é inserido na entrada; Por causa disso, um aumento na corrente de emissor de Q 1 produz uma diminuição na corrente de emissor Q 2 ; O que provoca um aumento em V out ; De forma similar, acontece no semiciclo negativo. Ganho de Saída com Term. Simples (ent. não-inversora) R E >> r e 3

4 Análise CA de um Amp-Dif Ganho de Saída com Term. Simples (ent. não-inversora) v out =i c R C v in =i e r e +i e r e =2i e r e A V =R C. 2r e A tensão quiescente CC V C é removida num estágio posterior. Ganho da Saída Diferencial v out =v c2 v c1 =i c R C ( i c R C )=2i c R C A tensão de entrada CA ainda é igual a: v in =2i e r e Ganho de tensão A V =R C. r e Análise CA de um Amp-Dif Ganho de Saída com Terminal Simples (ent. inversora) Essa análise CA é quase idêntica à análise usando a entrada não-inversora; A não ser que a entrada inversora produz uma tensão CA invertida e amplificada na saída final. Versão pnp Geralmente desenhados de cabeça para baixo; Eles são geralmente usados em circuitos transistorizados que utilizam fontes de alimentação positiva. 4

5 Análise CA de um Amp-Dif Configuração Usando Entrada Diferencial Combinando os dois resultados, teorema de superposição, para obter as equações; A tensão de saída ao se usar a entrada não-inversora: v out = A V (v 1 ) A tensão de saída ao se usar a entrada inversora: v out = A V (v 2 ) Combinando os dois resultados: v out = A V (v 1 v 2 ) Análise CA de um Amp-Dif Impedância de Entrada Em um estágio EC, a impedância de entrada da base é: z in = βr e Em um amp-dif, a impedância de entrada de qualquer base é duas vezes maior: z in =2βr e Uma forma de se conseguir uma impedância de entrada mais alta é usando os Uma forma de se conseguir uma impedância de entrada mais alta é usando os transistores Darlington ou os JFET s; Sendo que com os JFET s a impedância de entrada aproxima-se de infinito. 5

6 Características de Entrada de um Amp-Op Em aplicações de maior precisão, não podemos mais tratar as duas metades do ampdif como idênticos; Existem três características nas folhas de dados de todo amp-op, para obter uma resposta mais precisa. 1. Corrente de Polarização (bias) de Entrada Em um amp-op integrado o β cc de cada transistor é ligeiramente diferente, o que significa que as correntes de base são diferentes; I in(bias) =I B1 +I B2 2 Nos amp-ops bipolares essa corrente é tipicamente em nanoampéres; Nos FET s é em picoampéres. Características de Entrada de um Amp-Op 2. Corrente de Offset de Entrada Essa corrente é definida como: I in(off) =I B1 I B2 Esta diferença nas correntes da base indica quanto os transistores estão casados. Correntes de Base e Offsets As folhas de dados geralmente não fornecem I B1 ei B2. Podemos calculá-las rearranjando as equações anteriores: I B1 =I in(bias) +I in(off) 2 I B2 =I in(bias) I in(off) 2 Efeito da Corrente de Base Alguns amp-difs operam com uma resistência de base em apenas um lado, o que produz: V 1 = I B1 R B O que tem o mesmo efeito de um sinal na entrada, V erro. 6

7 Características de Entrada de um Amp-Op Efeito da Corrente de Offset de Entrada Umaformadereduziratensãodeerrodesaídaéusandoumaresistênciadebase igual no outro lado do amp-dif; Nesse caso, temos: V in = I B1 R B I B2 R B = (I B1 I B2 )R B V in =I in(off) R B O que faz o erro ser menor porque I in(off) é geralmente 25% menor que I in(bias). Características de Entrada de um Amp-Op 3. Tensão Offset de Entrada É definida como a tensão de entrada necessária para zerar a tensão de erro de saída; V in(off) =V erro A V Esse erro se deve as diferenças e em RC, C V BE e outrosos parâmetros dos ta transistores sstoesque podem diferir ligeiramente; Essa equação não inclui os efeitos da polarização de entrada e da corrente de offset, porque as duas bases são aterradas quando V erro é medida. 7

8 Características de Entrada de um Amp-Op Efeitos da Combinados Existem três entradas de erro CC: V 1erro =(R B1 R B2 )I in(bias) V 2erro = (RB1 RB2) I in(off) 2 V 3erro =V in(off) V erro = A V (V 1erro +V 2erro +V 3erro ) Em muitos casos V erro pode ser ignorado. No caso de amplificador CA; Para reduzir o erro pode-se fazer R B1 =R B2 =R B,eteremos: V 1erro =0 V 2erro =R B I in(off) V 3erro =V in(off) Ganho em Modo Comum O sinal de modo comum é o que alimenta as duas entradas de um amp dif. Igualmente; A maior parte da interferência, estática e outros tipo de sinal indesejável estão no modo comum; Os fios de conexão nas entradas se comportam como pequenas antenas; Uma das razões do amp dif. ser tão popular é porque ele discrimina os sinais de modo comum; Como um amp-dif não é perfeitamente simétrico, haverá uma pequena tensão de saída CA. V saída. = R C. V ent(mc) r e +2R E como R E >> r e temos A v(cm) = R C. 2R E 8

9 Ganho em Modo Comum Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR) CMRR = A v. A v(cm) Um alto valor de CMRR significa que o amp-dif está amplificando o sinal desejado e discriminando o sinal em modo comum. Razão de Rejeição em Modo Comum em decibéis CMRR db = 20 log CMRR Espelho de Corrente Porque a corrente do coletor é uma imagem da corrente no resistor; Os Espelhos de correntes são usados como fontes de correntes e carga ativas. É uma forma de aumentar o ganho de tensão e a CMRR de um amp-dif; Diodo de compensação em paralelo: I R =V CC V BE. R Se o diodo de compensação e o diodo emissor tiverem curvas tensão-corrente idênticas: I C =I R Nos CI s é relativamente fácil casar os diodos, porque os dois estão no mesmo chip; 9

10 Corrente de Cauda Com uma saída com terminal simples; A v =R C. 2r e A v(cm) =R C. 2R E CMRR = R E. r e Espelho de Corrente Quanto maior fizermos R E, maior a CMRR; Uma forma de obtermos um R equivalente alto é usar um espelho de corrente; I R =V CC +V EE V BE. R A impedância de saída é muito alta; R é na ordem de centenas de megahoms. Carga Ativa Q 6 é uma fonte de corrente pnp; A v =R C. 2r e Espelho de Corrente Amp-Dif com Carga Análise com resistor de carga é muito mais complicado, porém aplicando Thévenin: 10