ELETRÔNICA II. Aula 09 CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS PAR DIFERENCIAL. Claretiano 2015 Mecatrônica Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

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1 ELETRÔNICA II Aula 09 CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS PAR DIFERENCIAL Claretiano 2015 Mecatrônica Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

2 CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS Conexão em cascata Conexão cascode Conexão Darlington Par realimentado Circuito CMOS Fonte de corrente Espelho de corrente Par diferencial Par diferencial com carga ativa

3 CONEXÃO CASCATA Uma conexão em cascata é uma conexão em série A saída de um amplificador é a entrada para o próximo amplificador O ganho total de tensão é o produto dos ganhos de cada estágio - Os cálculos da CC são independentes da cascata - Os circuitos de polarização cc são isolados uns dos outros por capacitores de acoplamento - Os cálculos da CA para ganho e impedância são interdependentes

4 CONEXÃO CASCODE Oferece uma alta impedância de entrada, com baixo ganho de tensão e uma baixa impedância de saída. Baixo ganho de tensão - Estágio emissor-comum alimentando um estágio basecomum - O estágio base-comum oferece uma boa operação em alta frequência - Apropriada para aplicações de alta frequência, Pois o baixo ganho de tensão do estágio de entrada reduz a capacitância Miller de entrada

5 CONEXÃO DARLINGTON É constituída por dois transistores conectados como um super transistor, que fornece um ganho de corrente muito alto e alta impedância de entrada. Os transistores atuam como um só, com um ganho de corrente que é o produto dos ganhos de corrente dos transistores individuais β D = β 1. β 2 Características Alto ganho de corrente Ganho de tensão próximo da unidade Importância prática: alta impedância de entrada Baixa impedância de saída

6 PAR REALIMENTADO (Quasi-Darlington) É um circuito com dois transistores com características similares ao par Darlington, mas ao invés de um par de transistores, usa transistores complementares (npn e pnp) Utiliza um transistor pnp acionando um transistor npn, e os dois dispositivos atuam efetivamente como um transistor pnp. Fornece um ganho de corrente muito alto

7 CMOS MOSFET complementar Funciona como inversor lógico É um circuito construído com transistores MOSFET tipo intensificação de tipos opostos (canal n e canal p) Comum em circuitos digitais: Baixo consumo de energia A entrada V i é aplicada a ambas as portas com a saída tomada dos drenos conectados

8 FONTE DE CORRENTE Uma fonte de corrente ideal fornece uma corrente constante, qualquer que seja a carga conectada a ela. Uma fonte de corrente real é uma fonte de corrente em paralelo com uma resistência muito grande. Em uma fonte de corrente ideal R = Podem ser construídas utilizando BJT e/ou FET

9 ESPELHO DE CORRENTE Fornece uma corrente constante Utilizado principalmente em circuitos integrados A corrente constante é obtida através de uma corrente de saída que é o reflexo ou o espelho de uma corrente desenvolvida sobre um lado do circuito. A corrente I x, estabelecida pelo transistor Q 1 e pelo resistor R x, é refletida na corrente I através do transistor Q 2.

10 O amplificador diferencial é o bloco de construção mais utilizado nos CIs analógicos. O estágio de entrada de cada ampop é um amplificador diferencial. O amplificador diferencial com BJT é a base de uma família de circuitos lógicos de velocidade muito alta (ECL) CONFIGURAÇÃO BÁSICA: Duas entradas e duas saídas separadas Dois transistores casados, com dois estágios emissor-comum simétricos fornecem dois nós de saída, cuja diferença de tensão permanece livre do ripple de alimentação.

11 VANTAGENS DOS CIRCUITOS DIFERENCIAIS: possuem maior imunidade a ruído ambiente e interferências quando comparado à circuitos simples tem uma melhor rejeição a ruído da fonte tem maior excursão de saída (duas vezes maior que o circuito simples) e maior relação sinal ruído (maior que 3 db) possuem menos (idealmente nenhuma) distorção de ordem par.

12 DISCUSSÃO INICIAL Em um amplificador de áudio o ripple causa um chiado. Ruído de ripple: uma variação em V CC aparece em V out, pois V out e V CC são medidos em relação à terra e diferem por R C I C. Solução: No circuito diferencial, V out deixa de ser medido em relação a terra e passa a ser medido em relação a outro ponto igualmente sujeito ao ripple de entrada, V o1 e V o2. V o1 e V o2 são afetados pelo ripple exatamente da mesma forma, de maneira que a diferença entre eles permanece livre do ripple.

13 Par diferencial que amostra ruído V CM de entrada V 1 = V 0 sin ωt + V CM V 2 = V 0 sin ωt + V CM V CM nível de modo comum: na ausência de sinais diferenciais, os dois nós permanecem em um potencial igual a V CM em relação à terra global.

14 Sinal de um terminal: é um sinal medido em relação à terra comum. Conduzido por uma linha Sinal diferencial: medido entre dois nós que têm excursões iguais e opostas Conduzido por duas linhas

15 MODOS DE OPERAÇÃO: 1) Entrada simples: um sinal de entrada é aplicado a uma das entradas com a outra conectada ao terra Devido à conexão emissor-comum, o sinal de entrada aciona ambos os transistores, resultando na saída em ambos os coletores. V i1 =V 0 sin ωt, V i2 = 0V V o1 = A v V i1 +V r, V o2 = V r V o1 V o2 = A v V i1

16 2) Entrada dupla: dois sinais de entrada de polaridades opostas são aplicados A diferença das entradas resulta em saídas em ambos os coletores por causa da diferenças dos sinais aplicados a ambas as entradas Provê o dobro da excursão de saída da entrada simples, pois explora a capacidade de amplificação do estágio duplicado. V i1 = V in = V 0 sin ωt, V i2 = V in = V 0 sin ωt V o1 = A v V in +V r, V o2 = A v V in +V r V o1 V o2 = 2A v V in

17 3) Modo-comum: o mesmo sinal de entrada é aplicado a ambas as entradas O sinal de entrada comum resulta em sinais opostos em cada coletor, e esses sinais se cancelam, de maneira que o sinal de saída resultante é igual a zero Na prática, os sinais opostos não se cancelam por completo, o resultado é um pequeno sinal V i1 = V i2 = V in = V 0 sin ωt V o1 = A v V in +V r, V o2 = A v V in +V r V o1 V o2 = 0

18 Principais características: Sinais que são opostos nas entradas são altamente amplificados ganho muito grande quando sinais opostos são aplicados às entradas Sinais que são comuns nas entradas são ligeiramente amplificados Ganho muito pequeno resultante de entradas comuns Ou seja, amplifica o sinal diferencial e rejeita o sinal comum às entradas Se o circuito apresenta assimetrias e saída diferencial será corrompida Rejeição de modo comum: razão entre o ganho diferencial e o ganho de modo-comum O ruído (ou qualquer sinal de entrada não desejado) costuma ser comum a ambas as entradas, a conexão diferencial tende a atenuar essa entrada indesejada, enquanto fornece uma saída amplificada do sinal diferencial aplicado às entradas

19 POLARIZAÇÃO CC: Com entradas CA obtidas das fontes de tensão, a tensão CC em cada entrada está essencialmente conectada a 0V I E = V E ( V EE ) R E V E = V BE I E = V EE V BE R E Supondo transistores casados: I C1 = I C2 = I E 2 Assim: V C1 = V C2 = V CC I C R C = V CC I E 2 R C

20 CIRCUITO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL X Operação CA:

21 X Equivalente CA de um amplificador diferencial

22 OPERAÇÃO CA: Ganhos de tensão: Um bom amplificador diferencial apresenta um ganho diferencial muito grande A d, que é muito maior do que o ganho de modo-comum A c. Ganho de tensão CA com entrada simples: A V = V o V i = R c 2r e Ganho de tensão CA com entrada dupla: A d = V o V d = R c V d = V i1 V i2 Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas Ganho de tensão CA em modo-comum: A c = V o V i = r e βr c r i +2(β+1)R E Fornece uma pequena amplificação do sinal comum a ambas as entradas A capacidade de rejeição de modo-comum do circuito pode ser consideravelmente melhorada fazendo-se o ganho de modo-comum, A c, o menor possível (idealmente 0). Quanto maior for R E menor será A c. Um método comum de aumentar o valor CA de R E é utilizar um circuito de fonte de corrente constante entre o emissor-comum e o terra CA. Melhoramento: impedância CA muito maior para R E obtida pelo uso da fonte de corrente constante.

23 Ganho de tensão CA com saída simples Transistores bem casados (simétricos): I b1 = I b2 = I b Tensão de saída em cada coletor: V O = I c R c X r i1 = r i2 = r i = βr e Com R E V i I b r i I b r i = 0 I b = V i 2r i = V i 2βr e I c = βi b I c = V i 2r e Ganho de tensão com entrada simples em cada coletor: A V = V o V i = R c 2r e

24 Ganho de tensão CA com saída dupla (sinais aplicados a ambas as entradas) X A d = V o V d = R c r e Sendo V d = V i1 V i2 Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas

25 X Operação em modo-comum I b = V i r i +2(β+1)R E V O = I c R c = βi b R c A c = V o V i = βr c r i +2(β+1)R E Fornece uma pequena amplificação do sinal comum a ambas as entradas

26 COM CARGA ATIVA Permite que os circuitos internos de um amplificador operacional convertam uma entrada diferencial em uma saída de um terminal. Dispositivos ativos (transistores) ocupam uma área de silício muito menor do que os resistores de valores altos e médios. Por isso, muitos amplificadores em CIs com BJT usam cargas com BJT no lugar de cargas resistivas, R C. Nesses circuitos, o transitor BJT como carga é usualmente conectado como fonte de corrente constante e, portanto, apresenta o transistor amplificador com uma resistência de carga muito alta (a resistência de saída da fonte de corrente) Assim, o amplificador que utiliza cargas ativas pode ter ganhos de tensão maiores do que aqueles que utilizam cargas passivas (resistivas)