Electrónica I. Electrónica I

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOM Escola Superior de Tecnologia de Tomar Departamento de Engenharia Electrotécnica ELECTONIC I Eng. Jorge Guilherme Jorge Guilherme 008 # Bibliografia: Manuel de Medeiros Silva, Introdução aos Circuitos Eléctricos e Electrónicos", ed. F.C. Gulbenkian, 996. Manuel de Medeiros Silva, "Circuitos com Transístores Bipolares e MOS", ed. F.C. Gulbenkian, 999. Sedra/Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 998. Paul Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis and obert G. Meyer, nalysis and Design of nalog Integrated Circuits, John Wiley & Sons, 00. Herbert Taub and Donald Shilling Digital Integrated Electronics MacGraw-Hill 977. Jacob Baker, CMOS Circuit Design, Layout and Simulation, John Wiley & Sons, download&disc5 Jorge Guilherme 008 #

2 valiação: Trabalhos 5% Exame 75% Jorge Guilherme 008 #3 mplificador Operacional Jorge Guilherme 008 #4

3 Fontes de corrente Fonte de corrente ideal: Corrente definida num ramo, qualquer que seja a diferença de potencial entre os dois nós esistência infinita a I b Fontes de corrente constante ou controladas Por tensão CCS Por corrente CCCS a a i Igm.i Ii IK.Ii b b CCS CCCS Jorge Guilherme 008 #5 Fontes de tensão Fonte de tensão ideal: Tensão definida entre dois nós, qualquer que seja a corrente que flua nesse ramo esistência zero a b Fontes de tensão constante ou controladas Por tensão CS Por corrente CCS a a i K.i Ii K.Ii b b CS CCS Jorge Guilherme 008 #6 3

4 mplificador o v.i o v i Ganho de tensão > v Jorge Guilherme 008 #7 mplificador com duas alimentações. Permite ter sinais de saída positivos e negativos Jorge Guilherme 008 #8 4

5 mplificador com zona linear e zona de saturação saturação Zona linear Tensão de entrada máxima para não saturar a saída saturação in max L+/ v ± cc v Jorge Guilherme 008 #9 Modelo de um amplificador i esistência de entrada o esistência de saída s esistência da fonte de sinal de entrada L esistência de carga o o o Ganho s i L s + + i o s i L + + i L s 0 L 0 i i s + o o i s i + L L 0 Jorge Guilherme 008 #0 5

6 Cascata de 3 amplificadores in o o o3 3 o3 in 3 o3 Ganho 3 in o in o o o3 o 3 o o o3 Jorge Guilherme 008 # esposta de frequência o Produto ganho largura de banda o ω GBW fo o ( s) s + ω polo ω ωa oω ω esposta de frequência 74 o ω fo ωa GBW o db 0log 0 o Ganho em db unidades logarítmicas ( ω) db 0log o ω + ω Jorge Guilherme 008 # 6

7 Símbolo do amplificador operacional limentações +cc -ee Jorge Guilherme 008 #3 + mplificador Ideal o ( ) ( ) + id o id id mplificador Ideal id 0 o Zona de saturação positiva -cc/ +cc/ id Ganho do amplificador Zona de saturação negativa Zona linear Jorge Guilherme 008 #4 7

8 Modelo do amplificador Ideal o + id + ( ) ( ) o id d G m µ 3 d ( ) Jorge Guilherme 008 #5 mplificador inversor nalise assumindo amplificador ideal I I Massa virtual i o o i i f i Ganho da montagem Jorge Guilherme 008 #6 8

9 mplificador não inversor nalise assumindo amplificador ideal x x o i + + o i i + f + Ganho da montagem saturação Jorge Guilherme 008 #7 mplificador seguidor (ganho ) Ganho igual ao do amplificador não inversor com 0 o i Jorge Guilherme 008 #8 9

10 mplificador somador Jorge Guilherme 008 #9 mplificador diferença Teorema da sobreposição 4 o i + + i Se 3 e 4 o ( i i) o i 4 o + i 3+ 4 Jorge Guilherme 008 #0 0

11 plicações Micro uido Cabo mplificador Diferença o Interior do cabo massa USB Interface Jorge Guilherme 008 # mplificador de Instrumentação Jorge Guilherme 008 #

12 mplificador de Instrumentação 3 o 4 I I o o + I + o I 3 o 4 3 v ( ) ( o o) ( I ) o 3 4 Jorge Guilherme 008 #3 mplificador de isolamento cc -cc o -plicações médicas -Medidas em alta tensão -Isolamento -6k Jorge Guilherme 008 #4

13 plicação num monitor de electrocardiograma Medição de temperatura Jorge Guilherme 008 #5 Caso geral plicar o teorema da sobreposição Jorge Guilherme 008 #6 3

14 mplificador de transresistencia f o 0.5m. 0k 5 i o - f. i Jorge Guilherme 008 #7 Jorge Guilherme 008 #8 4

15 Efeito do ganho finito () o i ( o) i i o + + lim ( o) i o i o + i i o lim( o) i + Jorge Guilherme 008 #9 Efeito do ganho finito () ( ) o 0 o o i I o o I i o + + lim( o) i Jorge Guilherme 008 #30 5

16 Teste de rejeição de modo comum esistencia de entrada diferencial Tensão diferencial Tensão de modo comum (tensão igual nas entradas do amplificador diferencial) O d Ganho diferencial Id cm O Icm d CM cm Ganho modo comum ejeição modo comum Jorge Guilherme 008 #3 esposta de frequência o ( s) s + ω ω ω GBW t 0 b b Para calcular a resposta de frequência substitu-se s por jw ndar inversor o( s) ( s) Jorge Guilherme 008 #3 se i 0 >> + o( s) i ( s) s + + ω t + s + ω t 6

17 ndar não inversor 0 >> + + o( s) i ( s) s + + ω t Jorge Guilherme 008 #33 Efeitos não ideais Taxa de inflexão (slew rate) ariação da entrada S o t max ariação da saida Jorge Guilherme 008 #34 7

18 Distorção devido ao Slew ate d out dt 0 + ω cos ωt Jorge Guilherme 008 #35 Máxima amplitude de sinal + max min max out sin ωt + min ω FP S max min Jorge Guilherme 008 #36 8

19 S o t max I C max ( t) o t o om om cosωt sin ωt o max o omω < S t ω max M o max S ω M full power bandwitdh ω πf M πf M M S F o max M π S o max Frequência maxima de operação Jorge Guilherme 008 #37 Tensão de desvio de entrada (Offset) OS Característica do amplificador com offset o os + Cancelamento do offset Jorge Guilherme 008 #38 9

20 Correntes de polarização de entrada o I B 3 // Jorge Guilherme 008 #39 Efeito da resistencia de saida v v out in + 0 out + out 0 + Jorge Guilherme 008 #40 0

21 Integrador c Ic C c Icdt t C Jorge Guilherme 008 #4 Integrador com pulso na entrada out indt t C C 0<t <T b + + C s 0 0 Jorge Guilherme 008 #4 out in

22 Integrador com perdas i( s) o( s) + sc i( s) + sc esposta de frequência i( jω) o( jω) + jωc ω πf Jorge Guilherme 008 #43 Circuito geral Derivador Jorge Guilherme 008 #44

23 Conversor de Imitância I Z Z3 I Z Z4 Z ZZ Z 3 4 se Z Z Z Z 4 3 Z I Z I 3 I Z 4 plicação em filtros Jorge Guilherme 008 #45 GIC Generalized Immitance Converter Y Y 4Y 6 Y Y 3Y 5 Y Y Y3 Y4 Y5 Y6 GG4G 6 Y G3sC5 Y G G3 G4 C5 G6 Simulação de bobine de ntoniou plicação em circuito integrado Jorge Guilherme 008 #46 3

24 Implementação de filtros Sallen e Key Multiple feedback Jorge Guilherme 008 #47 plicações não lineares Comparador Jorge Guilherme 008 #48 4

25 Comparador com histerese Schmitt Trigger cc. i ± + +cc -cc Comparador inversor Jorge Guilherme 008 #49 Comparador não inversor +cc cc. i ± o o i I + o i + i + I i + + i( + ) + o i + + i + o + 0 Decisão do comparador + o ± cc -cc Jorge Guilherme 008 #50 5

26 Efeito da histerese Jorge Guilherme 008 #5 Transitorios de ª ordem c( t) final ( ) τ C τ Constante de tempo i final inicial e t τ o Jorge Guilherme 008 #5 6

27 Oscilador de relaxação c( t) final c( t) cc cc ( ) final ( cc ) ( cc ) e inicial t C e t τ e t C t + cc t C ln C ln + cc + F + C ln Jorge Guilherme 008 #53 Gerador de funções Onda triangular Onda quadrada t ( t) dt C C 0 cc T cc T C T C F T+ T 4C C Jorge Guilherme 008 #54 7

28 Oscilador com 555 TH TL cc cc 3 3 cc cc 3 3 F T + T ( cc ) c( t) cc e τ cc TH τln cc T C H T Cb L ( a + b) ln( ) ln( ) L H C TL TH TL C ( a + b) ( a + b) ln() t ln 3 3 Jorge Guilherme 008 #55 Encapsulamento Jorge Guilherme 008 #56 8

29 Texas Instruments 007 Jorge Guilherme 008 #57 Caracteristicas do TL07 plicações do TL07 Jorge Guilherme 008 #58 9

30 mplificador operacional 74 Jorge Guilherme 008 #59 Blindagem Blindagem para evitar efeito das correntes de fuga de superficie no PCB Jorge Guilherme 008 #60 30