6 Amplificadores Operacionais
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- Ana Clementino Bennert
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1 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II 6 Amplfcadres Operacnas Intrduçã n O amplfcadr peracnal (ampp f desenld na década de 4. O ampp era cnstruíd cm base em cmpnentes dscrets, prmer cm álulas (fgura 6. e mas tarde, fnal ds ans 4, cm transístres. A mplementaçã d ampp cm cmpnentes dscrets estendeu-se até 963, an em que surgu prmer amplfcadr peracnal, cnstruíd pela FarChld (µa 7, na frma de um crcut ntegrad (fgura 6.. Actualmente s ampps sã mplementads pr cerca de 3 transístres asscads a resstêncas e a um cndensadr (cmpensaçã na frequênca, cm se exemplfca a fgura 6.3. na desgnaçã de amplfcadr peracnal, adém d fact de n níc, este sstema, ser largamente utlzad para realzar perações matemátcas. Octá Pásca Das 6-
2 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Intrduçã (cnt. Fgura 6. Amplfcadr peracnal mplementad cm álulas Fgura 6. Amplfcadr peracnal actual Octá Pásca Das 6-
3 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Intrduçã (cnt. Cm aanç tecnlógc ampp passu a apresentar característcas que fazem cm que seja utlzad nas mas dersas aplcações, send, actualmente, term peracnal, justfcad pela sua ersatldade. Embra ampp, seja de fact um sstema cmplex, ele pde ser estudad cm um cmpnente act dscret, pr nterméd da caracterzaçã d seu cmprtament as termnas. O estud da sua cnsttuçã nterna, será fet num capítul psterr. Octá Pásca Das 6-3
4 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Intrduçã (cnt. Fgura 6.3 Crcut d amplfcadr peracnal 74. Octá Pásca Das 6-4
5 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Os Os termnas d d amplfcadr peracnal D pnt de sta d snal, ampp tem três termnas: ds termnas de entrada, ( e (-, e um termnal de saída,. A fgura 6.4 mstra símbl que é usualmente utlzad para representar ampp. Os termnas, (- e (, sã s termnas de entrada e termnal 3 ( é termnal de saída. A almentaçã de uma parte sgnfcata ds ampps, é feta pr duas fntes dc, cm um termnal cmum. A fgura 6.5 mstra ampp cm as tensões de almentaçã aplcadas as termnas 4 e 5. O termnal 4 está lgad à tensã de almentaçã psta,, e termnal 5 à negata, -. A fgura 6.6 apresenta a mesma nfrmaçã de uma frma mas smplfcada. Para analsar as característcas d ampp d pnt de sta ds snas, utlza-se símbl lustrada na fgura 6.4. De fact, A almentaçã dc nã é releante para essa análse. Octá Pásca Das 6-5
6 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Os Os termnas d d amplfcadr peracnal (cnt. Fgura 6.4 Símbl d ampp Fgura 6.5 Ampp cm a fnte de almentaçã dc. Fgura 6.6 epresentaçã smplfcada d ampp cm almentaçã dc O termnal de erênca ds snas cncde cm pnt cmum (massa das fntes de almentaçã. Além ds três termnas para snal e ds ds para a almentaçã, ampp tem, usualmente, utrs termnas dedcads à cmpensaçã ds dess a seu cmprtament deal. Octá Pásca Das 6-6
7 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Os Os termnas d d amplfcadr peracnal (cnt. As fguras 6.7 a 6.9 lustram alguns encapsulaments exstentes n mercad para ampp 74. Fgura 6.7 Encapsulament flat pack (ampp 74. Fgura 6.8 Encapsulament metal can (ampp 74. Fgura 6.9 Encapsulament DIP (ampp 74. Octá Pásca Das 6-7
8 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Os Os termnas d d amplfcadr peracnal (cnt. A fgura 6. dentfca a crrespndênca entre s pns desses encapsulaments e s termnas d ampp. tensã dc; (7 cmpensaçã de des ( entrada nersra; entrada nã nersra; ( (3 saída; (6 tensã dc; (4 cmpensaçã de des (5 Fgura 6. Crrespndênca entre s pns d encapsulament e s termnas d ampp (74. Octá Pásca Das 6-8
9 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Os Os termnas d d amplfcadr peracnal (cnt. A fgura 6. mstra a utlzaçã ds termnas dedcads à cmpensaçã de dess Fgura 6. Cmpensaçã de dess (ampp 74. Octá Pásca Das 6-9
10 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas d d amplfcadr deal O amplfcadr peracnal é prjectad para reagr à dferença entre s snas aplcads às entradas nersra (- e nã-nersra (, prduznd uma tensã de saída, dada pr, A( nde, A é um númer pst que representa ganh de malha aberta d ampp; é a tensã aplcada à entrada nã-nersra; - é a tensã aplcada à entrada nersra. Idealmente, ampp apenas respnde à dferença entre s ds snas presentes nas suas entradas ( - -, gnrand qualquer snal cmum às duas entradas. Assm, se a tensã fr gual à tensã - a saída,, será, dealmente, nula. Esta característca é desgnada pr rejeçã em md-cmum. Pr razões óbas, ganh A é desgnad pr ganh dferencal. Octá Pásca Das 6-
11 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas d d amplfcadr deal Outra das característcas d amplfcadr peracnal deal, cnsste em ter as crrentes de entrada nulas. Assm, cm s snas de crrente prduzds pr e - nuls, a resstênca de entrada d ampp é nfnta, Quant á tensã de saída, é supst que ampp se cmprte cm uma fnte de tensã deal, u seja, a tensã medda entre termnal de saída,, e a massa, dee ser gual a A( - -, ndependentemente da crrente que ampp frneça a uma carga. Pr utras palaras, a resstênca de saída d ampp dee ser nula, O ampp deal dee exbr uma largura de banda nfnta, u seja, alr de A dee permanecer cnstante desde a frequênca nula (snal dc até à frequênca nfnta, Ist é, ampp amplfca cm mesm ganh snas de qualquer frequênca, BW Octá Pásca Das 6-
12 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas d d amplfcadr deal (cnt. A fgura 6., lustra mdel de um ampp deal. Fgura 6. Crcut equalente para ampp deal. Octá Pásca Das 6-
13 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas d d amplfcadr deal (cnt. Na tabela 6., ndcam-se as característcas reas e deas d ampp. Característca (malha aberta ganh tensã mpedânca de entrada mpedânca de saída largura de banda ampp deal ampp real 6 a 8 alguns M? dezenas de? dezenas de Hz Tabela 6. Característcas deas e característcas reas d amplfcadr peracnal. Octá Pásca Das 6-3
14 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas d d amplfcadr deal (cnt. Exercíc 6. Cnsdere um amplfcadr peracnal (ampp deal, except quant a ganh em malha aberta que tem alr de A 3. O ampp é usad de acrd cm a mntagem representada na fgura 6.3, send meddas as tensões, e. Determne, a para e ; b para 5 e - ; c para, e,998 ; d para -3,6 e -3,6. Sluções: a -, ; b 5, ; c -4 ; d -3,636. Fgura 6.3 Cnfguraçã da mntagem para exercíc 6.. Octá Pásca Das 6-4
15 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Cncet de de realmentaçã Quand exste uma resstênca lgada entre termnal de saída,, e termnal da entrada nersra (-, dz-se que ampp tem realmentaçã negata (fgura 6.4; quand a resstênca está lgada entre a saída,, e termnal da entrada nãnersra (, dz-se que ampp tem realmentaçã psta (fgura 6.5. Fgura 6.4 Ampp cm realmentaçã negata. Fgura 6.5 Ampp cm realmentaçã psta. Octá Pásca Das 6-5
16 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ealmentaçã Negata curt-crcut rtual Cnsdere-se ampp cm realmentaçã negata lustrad na fgura 6.6. O ganh de malha fechada, A f, é defnd pr, A f Fgura 6.6 ealmentaçã negata. Octá Pásca Das 6-6
17 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II curt-crcut rtual (cnt. A tensã tem um alr fnt, e cm, dad que, dealmente, entã, ( A( A( ; Octá Pásca Das 6-7 A A ( st é, as tensões e - sã pratcamente guas.
18 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II curt-crcut rtual (cnt. Dz-se, entã, que exste um curt-crcut rtual entre as entradas nersra,, e nã-nersra, -. O term curt-crcut rtual sgnfca que qualquer que seja a tensã presente em, ela aparece autmatcamente em -, ded a ganh A tender para nfnt. Quand está lgad à massa, dz-se que - é uma massa rtual, (fgura 6.7 uma ez que, embra - esteja a ptencal zer, ded a curt-crcut rtual, ele nã está fscamente lgad à massa. Fgura 6.7 Curt-crcut rtual. Octá Pásca Das 6-8
19 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Operaçã near d d Ampp mntagem nersra A fgura 6.8 lustra a mntagem nersra d amplfcadr peracnal. A f Fgura 6.8 Mntagem nersra. Octá Pásca Das 6-9
20 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II mntagem nersra (cnt. A resstênca de entrada da mntagem nersra (fgura 6.8 é dada pr, uma ez que, a crrente de entrada é dada pela expressã, I /. As fguras 6.9 e 6., representam mdel da mntagem e a sua característca de transferênca, respectamente. A f tg(α α I Fgura 6.9 Mdel da mntagem nersra. Fgura 6. Característca de transferênca da mntagem nersra. Octá Pásca Das 6-
21 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II mntagem nersra (cnt. Exercíc 6. Dmensne as resstêncas e para que amplfcadr nersr representad na fgura 6., tenha ganh de -, e a resstênca de entrada de kω. Sluções: kω; MΩ. Fgura 6. Mntagem para exempl 6.. Octá Pásca Das 6-
22 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II mntagem nersra (cnt. Exercíc 6.3 O crcut representad na fgura 6., é usad para mplementar um amplfcadr de transresstênca. Determne, a a resstênca de entrada, ; b a transresstênca, m ; c a resstênca de saída, ; d qual alr da tensã de saída,, se fr lgada à entrada d amplfcadr a fnte de snal representada na fgura 6.3. Sluções: a ; b m - kω; c ; d -5. Fgura 6. Cnersr crrente-tensã para exercíc.3. Fgura 6.3 Fnte de crrente para exercíc 6.3. Octá Pásca Das 6-
23 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II mntagem nã-nersra A fgura 6.4 representa a mntagem nã-nersra d amplfcadr peracnal. A f A A Fgura 6.4 Mntagem nã-nersra. Octá Pásca Das 6-3
24 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II mntagem nã-nersra (cnt. A resstênca de entrada da mntagem nã-nersra (fgura 6.4 é dada pr, uma ez que, a crrente de entrada é dada pela expressã, I / ; cm. As fguras 6.5 e 6.6, representam mdel da mntagem nã-nersra e a sua característca de transferênca, respectamente. A f tg(α α I Fgura 6.5 Mdel da mntagem nã- nersra. Fgura 6.6 Característca de transferênca da mntagem nã-nersra. Octá Pásca Das 6-4
25 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de de peraçã lnear smadr nersr de de n entradas (fgura 6.7 f f (... f n n n n n f ; n n Fgura 6.7 Crcut smadr nersr de n entradas Octá Pásca Das 6-5
26 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de de mntagem (cnt. smadr nã-nersr de de n entradas (fgura 6.8 n Pr aplcaçã d Terema da Sbrepsçã a nó A, ( a b ( ( ( // 3 // //... // 3 n //...// n ( // ( // 3 //... // 3 n //...// n... n ( // ( // //...// n //...// n n A A 3 3 n a n b Fgura 6.8 Crcut smadr nã-nersr de n entradas Octá Pásca Das 6-6
27 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de de mntagem (cnt. segudr de de tensã (fguras e 6.3 A f ; ; Fgura 6.9 Crcut segudr de tensã. Fgura 6.3 Mdel d ampp na cnfguraçã segudr de tensã. Octá Pásca Das 6-7
28 Octá Pásca Das 6-8 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de mntagem (cnt. utras cnfgurações de mntagem (cnt. amplfcadr de dferença (fgura 6.3 amplfcadr de dferença (fgura ( : ; ( se Fgura 6.3 Amplfcadr de dferença.
29 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de de mntagem (cnt. n Aplcand Terema da Sbrepsçã (fgura 6.3 Fgura 6.3 Aplcaçã d terema da sbrepsçã a amplfcadr de dferença. n esclhend-se 3 e 4 4 ; ( ( Octá Pásca Das
30 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II utras cnfgurações de de mntagem (cnt. Integradr (fgura 6.33 O crcut representad na fgura 6.33, desempenha a funçã de ntegradr. Fgura 6.33 Crcut ntegradr cm ampp. Octá Pásca Das 6-3
31 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Integradr (cnt. C t d d dt ; dc ; C dt d dt C C t dt C C t dt d dt nde, C é a cnstante de ntegraçã. Octá Pásca Das 6-3
32 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Integradr (cnt. Aplcand cncet de mpedânca generalzada a ntegradr representad na fgura 6.33, btém-se, ( s sc ( s ( s ( s ( s sc C s Cmparand este resultad, cm a T d ntegral, cnclu-se que crcut realza a funçã de ntegraçã, dada a presença d factr /s na expressã de f(. Tend em cnta a funçã de transferênca, T( s C s ( s Octá Pásca Das 6-3
33 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Integradr (cnt. Pde traçar-se dagrama de Bde para ganh d crcut, cm se lustra na fgura 6.34, nde se assumu que -/C. G(ω [db] db db / década 6 db/ taa T( s C s, C Octá Pásca Das 6-33 C ω [ rad / s] Fgura 6.34 Dagrama de Bde para módul da funçã de transferênca, T(jw, d ntegradr.
34 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Integradr (cnt. Na fgura 6.35, representa-se dagrama de Bde para a fase d ntegradr (fgura É de realçar que a fase de -9º se dee a fact d ntegradr ser nersr. Φ(ω 9º T( s C s ω [ rad / s] Fgura 6.35 Dagrama de Bde para a fase da funçã de transferênca, T(jw, d ntegradr. Octá Pásca Das 6-34
35 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Integradr (cnt. A fgura 6.36 representa um ntegradr prátc. A resstênca em paralel cm cndensadr eta a saturaçã d ampp nas baxas frequêncas. Fgura 6.36 Integradr prátc. Octá Pásca Das 6-35
36 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Dferencadr (fgura 6.37 A fgura 6.37, lustra um crcut dferencadr cm amplfcadr peracnal, cujs dagramas de ampltude e fase se encntram lustrads nas fguras 6.38 e 6.39, respectamente. Fgura 6.37 Crcut dferencadr cm ampp. Octá Pásca Das 6-36
37 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Dferencadr (cnt. dc ; ; C dt d d C C dt dt Utlzand cncet de mpedânca generalzada a crcut, btém-se, Octá Pásca Das 6-37 C d dt ( s ( s sc ( s C s ( s ( s sc Cmparand resultad btd, cm a T da derada, cnclu-se que crcut realza a funçã de dferencaçã, tend em cnta a exstênca d factr s na expressã de f(. ( s
38 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Dferencadr (cnt. Tend em cnta a funçã de transferênca d crcut dferencadr da fgura 6.37, T( s sc pde esbçar-se dagrama de Bde para ganh d crcut, cm mstra a fgura 6.38, nde se assumu, -C. G(ω [db] db/ década 6 db / taa, C C ω [ rad / s] Fgura 6.38 Dagrama de Bde para módul da funçã de transferênca, T(jw, d dferencadr. Octá Pásca Das 6-38
39 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Dferencadr (cnt. O cmprtament da fase d dferencadr está representad na fgura epare-se que a fase de -9º, se dee a fact d crcut ser nersr. Φ(ω T( s sc ω [ rad / s] 9 Fgura 6.39 Dagrama de Bde para a fase da funçã de transferênca, T(jw, d dferencadr. Octá Pásca Das 6-39
40 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Dferencadr (cnt. A fgura 6.4 representa um dferencadr prátc. A resstênca em sére cm cndensadr, eta a saturaçã d ampp nas altas frequêncas. C Fgura 6.4 Dferencadr prátc. Octá Pásca Das 6-4
41 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6.4 Cnsdere uma nda quadrada smétrca cm pp, de alr méd e cm períd de ms, aplcada a um ntegradr de Mller. Determne alr da cnstante de temp, t C, para que a tensã de saída tenha a frma trangular cm pp. Sluçã:,5 ms. Exercíc 6.5 Use um ampp deal para prjectar um ntegradr nersr cm a resstênca de entrada de kω e a cnstante de temp de -3 s, e determne, a a ampltude d ganh e a respecta fase à frequênca de rad/s; b a ampltude da respsta e a respecta fase à frequênca de rad/s; c a frequênca à qual ganh é untár. Sluções: kω; C, µf; a / ; Φ9º, b / ; Φ9º ; c rad/s Octá Pásca Das 6-4
42 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6.6 Cm base num ampp cnsderad deal, prjecte um dferencadr para ter a cnstante de temp de - s para um cndensadr de entrada cm a capacdade de, µf. Determne, a a ampltude da respsta e a respecta fase à frequênca de rad/s; b a ampltude e a fase da respsta à frequênca de 3 rad/s; c alr da resstênca lgada em seríe cm cndensadr para lmtar a ganh d dferencadr. Sluçã: C, µf; MΩ;; a /,; Φ -9º, b / ; Φ -9º ; c kω. Exercíc 6.7 Use um ampp para prjectar um crcut amplfcadr nersr pnderad cm duas entradas, e. É exgda a cndçã - ( 5. Seleccne alres para e para que à tensã máxma de saída de a crrente na resstênca de realmentaçã, f, nã exceda ma. Sluções: kω; kω; f kω. Octá Pásca Das 6-4
43 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6.8 Cnsdere crcut da fgura 6.4 e determne em funçã de e. Sluçã: 6 4 Fgura 6.4 Smadr de duas entradas para exercíc.8. Exercíc 6.9 Para crcut representad na fgura 6.4 determne em funçã de, e 3. Sluçã: Fgura 6.4 Smadr de três entradas para exercíc 6.9. Octá Pásca Das 6-43
44 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6. Prjecte um amplfcadr nã-nersr cm ganh de. À tensã máxma de saída de a crrente n dsr dee µa. Sluçã:,5 MΩ. Exercíc 6. Para crcut representad na fgura 6.43, cnsdere 3 kω e 4 kω. Determne a resstênca de entrada d crcut. Sluçã: kω Fgura 6.43 Crcut para exercíc 6.. Octá Pásca Das 6-44
45 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Cnersr tensã-tensã (fnte de de tensã cntrlada pr prtensã As fguras 6.44 e 6.45 mstram duas mplementações pssíes para um cnersr tensã-tensã, nersr e nã nersr, respectamente. ( Fgura 6.44 Cnersr tensã-tensã, nersr. Fgura 6.45 Cnersr tensã-tensã, nã-nersr. Octá Pásca Das 6-45
46 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Cnersr tensã-crrente (fnte de de crrente cntrlada pr prtensã A fgura 6.46 lustra uma mntagem para um cnersr tensã-crrente. Fgura 6.46 Cnersr tensã-crrente. Octá Pásca Das 6-46
47 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Cnersr crrente-tensã (fnte de de tensã cntrlada pr prcrrente Na fgura 6.47 representa-se uma mntagem de um cnersr crrente-tensã. Fgura 6.47 Cnersr crrente-tensã. Octá Pásca Das 6-47
48 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Cnersr crrente-crrente (fnte de de crrente cntrlada pr prcrrente A fgura 6.48 representa uma mplementaçã para um cnersr crrentecrrente. ( ( Fgura 6.48 Cnersr crrente-crrente. Octá Pásca Das 6-48
49 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de de nstrumentaçã O amplfcadr dferença representad na fgura 6.3, apresenta alguns prblemas que mpedem de satsfazer nteramente a funçã de amplfcadr de nstrumentaçã, nmeadamente a sua baxa mpedânca de entrada e fact d seu ganh nã pder ser ajustad cm facldade. Para bar estes aspects, lustra-se na fgura 6.49 uma sluçã mut utlzada para mplementar um amplfcadr de nstrumentaçã. Fgura 6.49 Amplfcadr de nstrumentaçã. Octá Pásca Das 6-49
50 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de de nstrumentaçã (cnt. Na fgura 6.5, explctam-se as etapas mas releantes para a análse da peraçã d amplfcadr de nstrumentaçã. Fgura 6.5 Amplfcadr de nstrumentaçã. Octá Pásca Das 6-5
51 Octá Pásca Das 6-5 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de nstrumentaçã (cnt. amplfcadr de nstrumentaçã (cnt. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
52 Octá Pásca Das 6-5 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de nstrumentaçã (cnt. amplfcadr de nstrumentaçã (cnt. ( ( ( ( ( ( ( ( ( (( ( (
53 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de de nstrumentaçã (cnt. Tend em cnta que: ( amplfcadr A 3 e as resstêncas 3 e 4 cnsttuem amplfcadr dferença da fgura 6.3, que, pr cmddade, se repete na fgura 6.5, ( se erfca a cndçã / 4 / 3 da mntagem da fgura 6.5 e (3, que entre as fguras 6.5 e 6.5 se erfca a equalênca 4 e 3, pde escreer-se, ( ( 4 3 Fgura 6.5 Amplfcadr de dferença. Octá Pásca Das 6-53
54 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de de nstrumentaçã (cnt. Substtund, em, btém-se, ( ( ( 4 3 ( ( 4 3 Octá Pásca Das 6-54
55 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr de de nstrumentaçã (cnt. Para arar ganh é usual mplementar pr nterméd da sére de duas resstêncas, uma fxa, f, e utra aráel, (fgura 6.5. Fgura 6.5 Implementaçã de para um ajuste fácl d ganh. Octá Pásca Das 6-55
56 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc A fgura 6.53, mstra uma mplementaçã pssíel de um amplfcadr lgarítmc. Num transístr de junçã bplar (BJT a relaçã entre a crrente de clectr, I C, e a tensã BE, é dada pela equaçã de Shckley, I C I BE O Fgura 6.53 Amplfcadr lgarítmc smples. Octá Pásca Das 6-56
57 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. C BE T I S ( e nde, I S é a crrente nersa de saturaçã da junçã emssr-base, e T é a tensã térmca, que é determnada pela expressã, T kt q nde, k é a cnstante de Bltzman (,38-3 jules/keln; q é a carga d electrã (,6-9 culmb; T é a temperatura absluta em kelns (73ºCtemperatura em ºC. Nta: para a temperatura ambente de ºC tem-se T 5 m. Octá Pásca Das 6-57
58 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. Na prátca term expnencal é usualmente mut mar que a undade, e assm, a expressã de C pde ser aprxmada para, e assm, I C BE C BE T C ln ln e ln BE I S T I S Esta equaçã explcta cmprtament lgarítmc de BE cm C. S e BE T T ln I C S BE T ln I C S Octá Pásca Das 6-58
59 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. Dad que, entã, lg, I I ; C; C ; O I C BE T ln O T ln I S I S O T ln I I S BE Octá Pásca Das 6-59
60 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. O crcut da fgura 6.53, tem prblemas de precsã que mpedem de ser utlzad na prátca. De fact, a tensã de saída,, depende da crrente I S, a qual que é frtemente dependente da temperatura. Assm, para cntrnar este prblema, é usad amplfcadr lgarítmc que se lustra na fgura 6.54, nde s transístres Q e Q sã mut semelhantes para que pssam cancelar efet de I S. ( BE BE BE BE C BE T ln I S C BE T ln ; BE T ln I S Octá Pásca Das 6-6 I C S
61 Octá Pásca Das 6-6 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. amplfcadr lgarítmc (cnt. ln ln S C T S C T BE BE I I cm Q e Q sã mut semelhantes, tem-se I S»I S, lg, ln C C T BE BE ln C C T A ( A ( ; ; A A s C P C C B << ln C C T
62 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. T ln( s ln( Octá Pásca Das 6-6 T 3 O ptencómetr P é usad para fazer a cmpensaçã da tensã de des de entrada (ffset ltage de A. O ptencómetr P destna-se a fazer ajuste d zer da cnersã, st é, esclhda a tensã s s que dee crrespnder a zer na saída, P ajusta O. O factr multplcat e factr d lgartm deem erfcar as cndções, ( T ( 3 4 / 3, para que factr multplcat d lgartm seja untár; ( S /, para S crrespnder a zer da cnersã. 3 4 s
63 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. Tend em cnta que decle da característca de transferênca d amplfcadr é determnad pr, d d(ln 3 4 T ; cm x x 3 s e cm T ara cm a temperatura, é habtual mplementar-se 3 cm uma resstênca sensíel à temperatura. De fact, se 3 aumentar lnearmente cm T, entã decle da característca de transferênca mantém-se cnstante mesm que a temperatura are. Assm, fxada 3 a resstênca 4 pde ser determnada pr nterméd da expressã, T Octá Pásca Das 6-63
64 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. A partr da cndçã, S retra-se a relaçã para dmensnar, tend em cnta que é usualmente esclhda de frma a garantr a resstênca de entrada desejada para amplfcadr, e que a tensã s crrespnde a zer da cnersã. Assm, S Os amplfcadres lgarítmcs sã mutas ezes usads n prcessament de snas para cmprmr a gama dnâmca ds snas analógcs à entrada d cnersr A/D a fm de dmnur númer de bts necessárspara garantr uma dada resluçã. Octá Pásca Das 6-64
65 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr lgarítmc (cnt. Fgura 6.54 Amplfcadr lgarítmc prátc. Octá Pásca Das 6-65
66 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr expnencal A fgura 6.55 representa um amplfcadr expnencal smples. na prátca esta mntagem nã é utlzada, dad que O depende da crrente de nersa de saturaçã, I S, e esta apresenta arações acentuadas cm a temperatura. BE I T I e ; ; O ; assm : O T I e C S I BE C F F S O F I S e I T Fgura 6.55 Amplfcadr expnencal smples. Octá Pásca Das 6-66
67 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr expnencal (cnt. A fgura 6.56 mstra uma sluçã prátca para mplementar um amplfcadr expnencal u ant-lgartmc, que anula efet da crrente nersa de saturaçã, I S, pr nterméd de ds transístres mut semelhantes, Q e Q. Fgura 6.56 Amplfcadr expnencal prátc. Octá Pásca Das 6-67
68 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr expnencal (cnt. A crrente C é cnstante dad que é a tensã cnstante de erênca. A crrente C ara cm S. Pr nterméd da K, btém-se, -B E - BE BE - BE Assumnd que a crrente frnecda pela fnte CC ptencómetr P é mut reduzda, tem-se, lg, s ( s s atraés d Octá Pásca Das BE BE s ( BE BE
69 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr expnencal (cnt. Cm <<, entã, Sabend-se que, Entã a expressã, C ; C C BE BE T ln ( BE BE T ln C s ( BE BE O C C pde escreer-se na frma, s T ln C C Octá Pásca Das 6-69
70 Octá Pásca Das 6-7 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II amplfcadr expnencal (cnt. amplfcadr expnencal (cnt. e cm, ; O C C entã, ln O T s e assm, ( exp( ( exp( ln ( ln T s O T s O O T s O T s O sstema é calbrad fazend S e ajustand ptencómetr P de md a clcar O ( /.
71 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Operaçã Nã-near d d Ampp cmparadres semhsterese cmparadr nã-nersr cm cm (fguras e 6.58 A( ; > > ; ; ; ( ( e > > < < > > > > Fgura 6.57 Cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm. < < Fgura 6.58 Caracterstca de transferênca d cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm. Octá Pásca Das 6-7
72 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr cm cm (fguras e 6.6 A( ; ( > > ; ; ( > > e > > < > > < > < < > Fgura 6.59 Cmparadr nersr, sem hsterese, cm. Fgura 6.6 Característca de transferênca d cmparadr nersr, sem hsterese, cm. Octá Pásca Das 6-7
73 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr cm cm > > (fguras e 6.6 A( ; ( > > ; ; ( > > e > > > > < < > > Fgura 6.6 Cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm >. < < Fgura 6.6 Característca de transferênca d cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm >. Octá Pásca Das 6-73
74 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr cm cm > > (fgura e 6.64 A( ; ( > > ; ; ( > > > > > > < > ; e > < < > > < Fgura 6.63 Cmparadr nersr, sem hsterese, cm >. Fgura 6.64 Característca de transferênca d cmparadr nersr, sem hsterese, cm >. Octá Pásca Das 6-74
75 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr cm cm < < (fguras e 6.66 A( ; ( > > ; ; ( ( > > > > > > e < < > > < < Fgura 6.65 Cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm <. Fgura 6.66 Característca de transferênca d cmparadr nã-nersr, sem hsterese, cm <. Octá Pásca Das 6-75
76 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr cm cm < < (fgura e 6.68 A( ; ( > > ; ; ( > > > > > > < > ; e > < < > Fgura 6.67 Cmparadr nersr, sem hsterese, cm <. > < Fgura 6.68 Característca de transferênca d cmparadr nersr, sem hsterese, cm <. Octá Pásca Das 6-76
77 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadres cm cm hsterese (Schmtt Trgger cmparadr nã-nersr (fguras e 6.7 A Fgura 6.69 Cmparadr nã-nersr, cm hsterese, cm. A A ; A ; Octá Pásca Das 6-77
78 Octá Pásca Das 6-78 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II > > A A A ( ( ; ( cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt. > >
79 Octá Pásca Das 6-79 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II (tensã nferr de transçã; ; de estad (muda < < > > T T cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt. prque ( é uma quantdade psta,
80 Octá Pásca Das 6-8 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt. - de estad (muda > < < < <
81 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr (cnt. TH ; (tensã superr de transçã; TH > T TH Fgura 6.7 Característca de transferênca d cmparadr nã-nersr, cm hsterese, cm. Octá Pásca Das 6-8
82 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (fguras e 6.7 A Fgura 6.7 Cmparadr nersr, cm hsterese, cm. A ; ( A Octá Pásca Das 6-8
83 Octá Pásca Das 6-83 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt. < > > ( A lg, Assm,
84 Octá Pásca Das 6-84 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt. (tensã superr de transçã; ; (muda deestad ; > > < TH TH
85 Octá Pásca Das 6-85 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II (tensã nferr de transçã ; ; de estad (muda ; < < > > < < T T - cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt.
86 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. A fgura 6.7 mstra a característca de transferênca d cmparadr nersr, cm hísterese. T TH Fgura 6.7 Característca de transferênca d cmparadr nersr, cm hsterese, cm. Octá Pásca Das 6-86
87 Octá Pásca Das 6-87 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr (fguras 6.73 e 4.74 cmparadr nã-nersr (fguras 6.73 e 4.74 Fgura 6.73 Cmparadr nã-nersr, cm hsterese, cm. ; ; A A A $ Y Y
88 Octá Pásca Das 6-88 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II > > A A ( ; ( > > cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt.
89 Octá Pásca Das 6-89 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II de estad (muda ( T < > > dad que ( é uma quantdade psta, cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt.
90 Octá Pásca Das 6-9 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr (cnt. cmparadr nã-nersr (cnt. ( ( estad de muda TH > < < < < -
91 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nã-nersr (cnt. TH ; T ; Fgura 6.74 Característca de transferênca d cmparadr nã-nersr, cm hsterese, cm. Octá Pásca Das 6-9
92 Octá Pásca Das 6-9 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (fguras 6.75 e 6.76 cmparadr nersr (fguras 6.75 e 6.76 Fgura 4.75 Cmparadr nersr, cm hsterese, cm. ; ; A A A
93 Octá Pásca Das 6-93 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt. > > A A ( ; ( < > >
94 Octá Pásca Das 6-94 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt. ( estad de muda TH > < < -
95 Octá Pásca Das 6-95 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ( estad de muda T < > < < cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt.
96 Octá Pásca Das 6-96 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadr nersr (cnt. cmparadr nersr (cnt. ; ; T TH Fgura 6.76 Característca de transferênca d cmparadr nersr, cm hsterese, cm.
97 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadres cm cm hsterese (cnt. É de realçar que, relatamente as cmparadres cm hsterese cm, s cmparadres cm hsterese cm, apresentam, tpcamente, a mesma característca f(, que se deslca para a dreta se > e para a esquerda se <, da quantdade. Os crcuts cmparadres sã utlzads numa larga aredade de aplcações, nmeadamente, na detecçã de um snal, relatamente a um níel de tensã pré-fxad, e n prject de cnersres A/D. Cm exempl de aplcaçã para um cmparadr cm hsterese cnsderese uma aplcaçã mut cmum que cnsste em detectar númer de ezes que um snal arbtrár passa pr zer. Octá Pásca Das 6-97
98 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadres cm cm hsterese (cnt. Se a funçã fr mplementada pr um cmparadr sem hsterese, a saída d cmparadr muda de estad de cada ez que snal passa pr zer. Se snal nã ester crrmpd cm ruíd (fgura 6.77 cmparadr detecta númer real de ezes que snal passa pr zer. Prém, se snal cnter ruíd sbrepst (fgura 6.78, cmparadr sem hsterese rá detectar falsas passagens d snal pr zer, ded à presença d ruíd. Assm, se fr cnhecd alr aprxmad da ampltude d ruíd sbrepst a snal, prjectsta d sstema pderá mplementar um cmparadr cm hsterese, cuja largura de hsterese ( TH - T seja dupla da ampltude d ruíd, etand assm, a detecçã de falsas passagens d snal pr zer. Octá Pásca Das 6-98
99 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II cmparadres cm cm hsterese (cnt. Fgura 6.77 Detecçã das passagens pr zer de um sínal sem ruíd. Fgura 6.78 Detecçã das passagens pr zer de um snal cm ruíd. Octá Pásca Das 6-99
100 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadres de de precsã Os crcuts rectfcadres estudads até agra, estã fundamentalmente cacnads para a mplementaçã de fntes de almentaçã. Nessas aplcações, as tensões a rectfcar têm, usualmente, ampltudes mut mares d que a queda de tensã drecta, D, ds díds de slíc, que faz cm que alr de D pssa ser desprezad face à ampltude da tensã rectfcada. Cntud, exstem aplcações nde tal nã acntece. De fact, se snal a rectfcar ter, pr exempl,, de ampltude trnase mpssíel realzar a sua rectfcaçã pr nterméd ds rectfcadres cnencnas. Surge assm, a mtaçã para estud de crcuts rectfcadres especas desgnads pr rectfcadres de precsã, cuja mplementaçã resulta da cmbnaçã de díds cm amplfcadres peracnas. Octá Pásca Das 6-
101 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de mea-nda A fgura 6.79 lustra um rectfcadr de precsã de mea-nda, também desgnad pr super-díd. É de realçar que neste crcut díd nca a cnduçã quand a tensã a rectfcar tma alr I D /A, em que A é ganh d ampp em malha aberta. Assm, dad elead alr de A (mar d que 6, crcut pde ser utlzad na rectfcaçã de snas fracs. A fgura 6.8 mstra a característca de transferênca d crcut. Fgura 6.79 ectfcadr de precsã de mea-nda (super-díd. Octá Pásca Das 6-
102 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de mea-nda (cnt. Este crcut rectfcadr apresenta algumas desantagens, das quas de destaca a saturaçã d ampp quand I <. Deste md, quand I assume de n alres psts ampp despende algum temp para sar da saturaçã. Este atras pde ser lmtat para algumas aplcações. Fgura 6.8 Característca de transferênca d super díd. Octá Pásca Das 6-
103 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de mea-nda (cnt. Na fgura 6.8, apresenta-se utra alternata para mplementar crcut de precsã de mea-nda. O crcut pera d md segunte: Quand I >, termnal de saída d ampp trna-se psta que garante a cnduçã de D e crte de D, uma ez que, ded a curtcrcut rtual, ând de D fca plarzad cm a tensã - D. Nesta stuaçã tem-se O e a malha da resstênca está aberta. Quand I < a saída d ampp trna-se psta que faz cm que D fque segur n crte e D cnduza atraés de. Assm, se btém-se O I. A fgura 6.8 mstra a característca de transferênca d crcut. Octá Pásca Das 6-3
104 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de mea-nda (cnt. Fgura 6.8 ectfcadr de precsã de mea-nda. Fgura 6.8 Característca de transferênca d rectfcadr de precsã de mea-nda. Octá Pásca Das 6-4
105 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de nda cmpleta As fguras 6.83 e 6.84 lustram, respectamente, uma realzaçã pssíel para um rectfcadr de precsã de nda cmpleta e a sua característca de transferênca. A peraçã d crcut prcessa-se d md segunte: Para I > a saída d ampp A tende para alres psts que faz cm que díd D cnduza atraés de e feche a malha de realmentaçã de A. Nesta stuaçã, tem-se O I, e deste md, nã exsta crrente na resstênca. O ampp A fca em malha aberta, e satura na tensã negata, que garante crte de D. Pr sua ez, crte de D rça a cndçã de saturaçã de A. Octá Pásca Das 6-5
106 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de nda cmpleta (cnt. Quand I < a saída de A tende para alres psts que faz cm que díd D cnduza atraés de e feche a malha de realmentaçã de A pr nterméd de. Cm I negata a saída de A tende para alres negats prcand crte de D. Esta stuaçã lea A à saturaçã, uma ez que fca sem realmentaçã, mantend assm D n crte. Cm btém-se O - I. O resultad fnal cnsste numa perfeta rectfcaçã de nda cmpleta de snas fracs. Octá Pásca Das 6-6
107 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II rectfcadr de de precsã de de nda cmpleta (cnt. Fgura 6.83 ectfcadr de precsã de nda cmpleta. Fgura 6.84 Característca de transferênca d rectfcadr de precsã de nda cmpleta. Octá Pásca Das 6-7
108 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Característcas nã-deas ds ds ampps Embra as técncas de prject e análse de crcuts cm amplfcadres peracnas, nas quas é assumd cncet de ampp deal, pssam e deam ser utlzadas, pr cnsttuírem uma ba aprxmaçã às stuações reas, de fact, quand sã utlzads amplfcadres peracnas, erfca-se que algumas característcas nã se cmprtam de acrd cm as presões frnecdas pr aquelas técncas de análse, uma ez que cncet de amplfcadr deal nã exste na prátca nde, naturalmente, prjectsta é cnfrntad cm amplfcadres peracnas reas. Nesta secçã ã ser estudadas algumas característcas nã deas ds amplfcadres peracnas, para que pssam ser prests s dess à stuaçã deal e estudar técncas que permtam mnmzar s seus efets. Octá Pásca Das 6-8
109 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh fnt e largura de de banda O ganh dferencal, A, de um ampp nã é nfnt. De fact, ganh dferencal é fnt e decresce cm a frequênca. A fgura 6.85 mstra cmprtament d módul d ganh dferencal, A, em funçã da frequênca. Fgura 6.85 Ganh de malha aberta de um ampp cm cmpensaçã nterna de frequênca. Octá Pásca Das 6-9
110 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh fnt e largura de de banda (cnt. É de realçar que, embra ganh, A, seja bastante elead em dc, ele cmeça a decrescer a partr ds Hz, cm um decle de -db/década. Este cmprtament é típc de ampps cm cmpensaçã nterna de frequênca. Esta técnca de cmpensaçã cnsste em nclur um cndensadr n crcut d amplfcadr peracnal, cm bject de etar que ampp entre em autsclaçã. A nclusã d cndensadr faz cm que ganh d ampp tenha cmprtament de uma rede C passa-bax, de ª rdem, pel fact d cndensadr dar rgem a um pól dmnante n crcut que realza ampp. Octá Pásca Das 6-
111 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh fnt e largura de de banda (cnt. Pr analga cm a respsta de uma rede C de ª rdem, ganh A(s d ampp, cm cmpensaçã nterna de frequênca, pde ser expressa pr, A A( s s ω nde, b w b é a frequênca de queda de 3 db; e A é ganh dferencal em dc (ω. Para as frequêncas físcas (sjω tem-se, A A( jω jω ω Octá Pásca Das 6- b
112 Octá Pásca Das 6- Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh fnt e largura de banda (cnt. ganh fnt e largura de banda (cnt. Para frequêncas w>>w b, pde fazer-se a aprxmaçã, e assm, ω ω ω ω ω ω j A j A j A j A b b ( ( ω ω ω ω ω b b A j A j A ( Desgnand pr w t a frequênca à qual ganh é untár ( db, tem-se, b t b b A A A ω ω ω ω ω ω
113 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh fnt e largura de de banda (cnt. Deste md, a equaçã, pde ser escrta na frma, e assm, Aω A( jω ω ωt A ( jω ω A( jω A frequênca w t é desgnada pr largura de banda para ganh untár. De fact, alr de w t crrespnde a prdut ganh-largura de banda (GB, que é cnstante para cada amplfcadr. ω t jω b Octá Pásca Das 6-3
114 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II saturaçã na nasaída Tal cm acntece cm tds s utrs amplfcadres, s ampps peram lnearmente dentr de um nteral lmtad de alres da tensã de saída,. Cm mstra a fgura 6.86, s amplfcadres peracnas saturam ns níes e -, s quas dferem, tpcamente, entre a 3, das tensões cm que sã almentads. Fgura 6.86 Dstrçã nã-lnear ded à saturaçã d ampp. Octá Pásca Das 6-4
115 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (slew rate rate O decle da araçã da tensã de saída,, ds ampps tem um alr máxm que nã dee ser excedd. Esta lmtaçã é desgnada pr taxa de nflexã (slew rate S, e prca dstrçã nã-lnear se a araçã n temp, d snal de saída, fr superr à taxa de nflexã d ampp utlzad. A taxa de nflexã (S é usualmente expressa em /µs, e defnda pr, S d Assm, se snal,, aplcad na entrada d ampp exgr que a saída,, are cm um decle superr a S d ampp, este nã pde acmpanhar aquela araçã e snal apresentará dstrçã (fgura dt max Octá Pásca Das 6-5
116 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (slew rate rate Fgura 6.87 Dstrçã nã-lnear ded à taxa de nflexã (S. Tem nteresse estudar efet d S quand a tensã aplcada à entrada d ampp é uma snusóde, e, pr cnsequênca, a tensã de saída,, seja também uma snusóde, a qual pde ser expressa pr, sn( ωt Octá Pásca Das 6-6
117 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (cnt. Dad que, tem-se, S d dt sn( ωt max S d Octá Pásca Das 6-7 dt max ω cs( ωt max ( ω cs( ωt Uma ez que a funçã sen apresenta a sua araçã máxma em t, entã, a sua derada dee ser calculada para aquele pnt n temp (t. g, d S ω cs( ωt S t dt t e assm, para nã haer dstrçã na saída ded a S, tem de erfcar-se a cndçã, ω S ω max
118 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (cnt. De fact, esta cndçã, O ω S, explca a dependênca de, relatamente à frequênca e ampltude d snal (fguras 6.88 a 6.9. t t Fgura 6.88 Dependênca da ampltude. Octá Pásca Das 6-8
119 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (cnt. t t Fgura 6.89 Dependênca da frequênca. Octá Pásca Das 6-9
120 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (cnt. S t t t Fgura 6.9 Cncet de taxa de nflexã. Octá Pásca Das 6-
121 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II taxa taxade de nflexã (cnt. Fgura 6.9 Efet da lmtaçã d S sbre um snal snusódal. Octá Pásca Das 6-
122 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh de de md cmum Cnsdere-se a stuaçã de um ampp exctad pr duas fntes de snal e, (fgura 6.9. Esta stuaçã cnfgura a peraçã real de um ampp, send pssíel dentfcar uma cmpnente de exctaçã dferencal u ant-smétrca, d, e uma cmpnente de md-cmum u smétrca, C (fgura A cmpnente dferencal é caracterzada pela expressã, d que equale a aplcar à entrada nã-nersra uma fnte de snal, e à entrada nersra a fnte de snal, d d Octá Pásca Das 6-
123 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh de de md cmum (cnt. De fact, d d ( d A cmpnente de md-cmum é descrta pela expressã, C Assm, a tensã de saída,, é dada pr, A A d d nde, A d é ganh dferencal; A C é ganh de md-cmum; d é a cmpnente dferencal e C é a cmpnente de md-cmum. C C Octá Pásca Das 6-3
124 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh de de md cmum (cnt. O cncet de ampp deal mplca, A d e A C, Prém ns amplfcadres peracnas reas, A d é fnt e A C Para aalar desempenh d ampp quant à rejeçã d md-cmum, uma ez que dealmente essa rejeçã deera ser nfnta, defne-se a relaçã de rejeçã de md-cmum (cmmm mde rejectn rat CM, pr nterméd da expressã, Ad CM lg ; em db A Octá Pásca Das 6-4 C
125 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II ganh de de md cmum (cnt. O cnhecment deste des à stuaçã deal, st é, para CM, é partcularmente mprtante na stuaçã em que as tensões dferencas, d - -, sã de pequena ampltude e estã asscadas a um ruíd que rgna tensões de md-cmum, C ( - /, eleadas d d ( d C A A d d d C C C d Fgura 6.9 Operaçã real d ampp. Fgura 6.93 Cmpnentes das tensões de entrada. Octá Pásca Das 6-5
126 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II resstêncas de de entrada e de de saída A fgura 6.94 mstra mdel d ampp cm as resstêncas de entrada e de saída ncluídas. A resstênca de entrada de md-cmum, c é a resstênca sta pr uma fnte de tensã lgada entre as entradas (lgadas entre s d ampp e a massa (fgura Tensã md-cmum. A resstênca de entrada dferencal, d, é a resstênca sta pr uma fnte de tensã lgada entre as entradas nã-nersra ( e nersra (-, cm se lustra na fgura Tensã dferencal. A resstênca de saída,, é a resstênca sta pela carga lgada à saída d amplfcadr peracnal. Tpcamente: c MW; d MW; W. Octá Pásca Das 6-6
127 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II resstêncas de de entrada e de de saída (cnt. Fgura 6.94 Esquema equalente d ampp cm as restêncas d ; c e. C d Fgura 6.95 Fnte c que ê a resstênca c. Fgura 6.96 Fnte d que ê a resstênca d. Octá Pásca Das 6-7
128 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II tensã de de des de de entrada (ffset ltage Para ntrduzr cncet de tensã de des de entrada (ffset ltage, OS, cnsdere-se um ampp, n qual s ds termnas de entrada ( e -, fram lgads à massa (fgura Nesta stuaçã, cntrarand as presões para ampp deal, cnstata-se que a saída se encntra na saturaçã psta,, u na saturaçã negata, -. A saída d ampp pde ser ajustada a zer, fazend a cmpensaçã da tensã de des. Essa cmpensaçã pde ser realzada, pr nterméd ds termnas que alguns ampps pssuem para esse fm, u lgand na entrada uma fnte dc de plardade e ampltude aprpradas, de frma a cntrarar efet da tensã de des. A fnte de tensã externa para cmpensar este des das característcas deas, dee ter uma ampltude gual e plardade psta à tensã OS. Octá Pásca Das 6-8
129 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II tensã de de des de de entrada (cnt. A exstênca de OS, dee-se as desequlíbrs de peraçã d par dferencal que cnsttu a entrada d ampp. De fact, na prátca, nã é fácl realzar um par dferencal cm smetra perfeta. Usualmente as flhas de especfcaçã d fabrcante ndcam s alres máxms de OS, que tpcamente se stuam n nteral de m a 5 m. Prém, as flhas de especfcaçã nunca erem a plardade, uma ez que nã é pssíel preer desequlíbr d par dferencal. Para analsar efet de OS sbre a peraçã ds crcuts mplementads cm ampps, é necessár que mdel d ampp nclua a tensã de des de entrada. Este mdel é cnsttuíd pr uma fnte dc cm alr de OS, lgad em sére cm termnal da entrada nã nersra, segud de um ampp deal, cm mstra a fgura A fgura 6.99, lustra um ampp cm termnas dedcads à cmpensaçã da tensã de des. Octá Pásca Das 6-9
130 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II tensã de de des de de entrada (cnt. Fgura 6.97 O efet da tensã de des, faz. Fgura 6.98 Mdel d ampp nclund a tensã de des de entrada. Fgura 6.99 Cmpensaçã da tensã de des de entrada. Octá Pásca Das 6-3
131 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II crrentes de de plarzaçã de de entrada Para que ampp pssa funcnar é necessár que s ds termnas de entrada sejam almentads cm as crrentes dc, I B e I B (fgura 6.. Fgura 6. Crrentes de plarzaçã de entrada de um ampp. Octá Pásca Das 6-3
132 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II crrentes de de plarzaçã de de entrada (cnt. Usualmente fabrcante especfca alr méd das crrentes I B e I B, assm, cm a dferença entre elas. O alr méd, I B, das duas crrentes, é desgnad pr crrente de plarzaçã de entrada (nput bas current, send caracterzada pela expressã, I B IB I B A dferença entre as duas crrentes é desgnada pr crrente de des de entrada (nput ffset current, que é determnada pr, I OS I I B B Ns ampps cuj par dferencal é realzad cm transstres de junçã bplares (BJT, as crrentes I B e I OS têm s alres típcs de na e na, respectamente. Para s pares dferencas mplementads cm transstres de efet de camp, aqueles alres sã da rdem ds pa. Octá Pásca Das 6-3
133 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II crrentes de de plarzaçã de de entrada (cnt. A cmpensaçã das crrentes de plarzaçã é feta de acrd cm esquema representad na fgura 6.. De fact, se as quedas de tensã nas resstêncas, A e B, lgadas em sére cm s termnas de entrada d ampp frem guas, I B A B B dã rgem a uma exctaçã de md-cmum, que nã nfluenca a saída d ampp, ns cass em que se pde desprezar ganh de md-cmum. I B A I B I B Fgura 6. Cmpensaçã das crrentes de plarzaçã. Octá Pásca Das 6-33
134 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6. Cnsdere um amplfcadr peracnal cmpensad nternamente, cm ganh dc, sem realmentaçã, gual a 6 e cm ganh ac de 4 db para f khz. Determne, a a frequênca de queda de 3 db sem realmentaçã; b a frequênca, f t, crrespndente a ganh untár; c prdut ganh-largura de banda; d alr d ganh à frequênca de khz. Sluções: a Hz; b MHz; c MHz; d 6 db. Exercíc 6.3 Cnsdere um ampp cm ganh de 6 db em dc e cm f t MHz. Determne ganh nas frequêncas de khz; khz e khz. Sluções: ; ;. Octá Pásca Das 6-34
135 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6.4 Use um ampp cm ganh de 6 db em dc e a frequênca f t MHz, para realzar um amplfcadr nã-nersr cm ganh de, e determne a crrespndente frequênca de queda de 3 db. Sluçã: khz. Exercíc 6.5 Cnsdere um amplfcadr peracnal cm cmprtament lnear para alres da tensã de saída,, dentr d nteral ±. Se ampp fr usad para mplementar um amplfcadr nã-nersr cm ganh de, determne a ampltude máxma de um snal snusdal que que aplcad na entrada prduza uma saída sem dstrçã ded à saturaçã. Sluçã:,5. Exercíc 6.6 Um ampp cm a taxa de nflexã S /µs está lgad na cnfguraçã segudr de tensã. Determne a frequênca máxma de um snal snusdal cm a ampltude de, que aplcad na entrada prduza uma saída sem dstrçã ded à taxa de nflexã. Sluçã: 59,5 khz Octá Pásca Das 6-35
136 Curs de Engenhara Electrónca e de Cmputadres - Electrónca II Exercíc 6.7 Cnsdere um amplfcadr peracnal cm cmprtament lnear para alres da tensã de saída,, dentr d nteral ± e S /µs. Determne, a a frequênca máxma de peraçã, f M, cm a arar segund a excursã lnear máxma; b a ampltude máxma d snal de saída, sem dstrçã ded a S, para um snal de entrada cm uma frequênca gual 5f M.. Sluções: a 5,9 khz; b. Octá Pásca Das 6-36
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