Apresentação do PowerPoint
Propaganda
ELETRÔNICA II Aula 09 CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS PAR DIFERENCIAL Claretiano 2015 – Mecatrônica Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino 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 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 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 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 • 𝛽𝐷 = 𝛽1 . 𝛽2 • Características • • • • Alto ganho de corrente Ganho de tensão próximo da unidade Importância prática: alta impedância de entrada Baixa impedância de saída 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 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 Vi é aplicada a ambas as portas com a saída tomada dos drenos conectados 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 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 Ix, estabelecida pelo transistor Q1 e pelo resistor Rx, é refletida na corrente I através do transistor Q2. PAR DIFERENCIAL • 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. PAR DIFERENCIAL 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. PAR DIFERENCIAL • DISCUSSÃO INICIAL • Em um amplificador de áudio o ripple causa um chiado. • Ruído de ripple: uma variação em VCC aparece em Vout, pois Vout e VCC são medidos em relação à terra e diferem por RCIC. • Solução: No circuito diferencial, Vout deixa de ser medido em relação a terra e passa a ser medido em relação a outro ponto igualmente sujeito ao ripple de entrada, Vo1 e Vo2. • Vo1 e Vo2 são afetados pelo ripple exatamente da mesma forma, de maneira que a diferença entre eles permanece livre do ripple. PAR DIFERENCIAL • Par diferencial que amostra ruído 𝑉𝐶𝑀 de entrada 𝑉1 = 𝑉0 sin 𝜔𝑡 + 𝑉𝐶𝑀 𝑉2 = −𝑉0 sin 𝜔𝑡 + 𝑉𝐶𝑀 𝑉𝐶𝑀 nível de modo comum: na ausência de sinais diferenciais, os dois nós permanecem em um potencial igual a 𝑉𝐶𝑀 em relação à terra global. PAR DIFERENCIAL • 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 PAR DIFERENCIAL 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. • 𝑉𝑖1 =𝑉0 sin 𝜔𝑡, • 𝑉𝑖2 = 0𝑉 • 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣 𝑉𝑖1 +𝑉𝑟 , • 𝑉𝑜2 = 𝑉𝑟 • 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 𝐴𝑣 𝑉𝑖1 PAR DIFERENCIAL 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. • 𝑉𝑖1 = 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉0 sin 𝜔𝑡 , • 𝑉𝑖2 = −𝑉𝑖𝑛 = −𝑉0 sin 𝜔𝑡 • 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣 𝑉𝑖𝑛 +𝑉𝑟 , • 𝑉𝑜2 = −𝐴𝑣 𝑉𝑖𝑛 +𝑉𝑟 • 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 2𝐴𝑣 𝑉𝑖𝑛 PAR DIFERENCIAL 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 • 𝑉𝑖1 = 𝑉𝑖2 = 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉0 sin 𝜔𝑡 • 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣 𝑉𝑖𝑛 +𝑉𝑟 , • 𝑉𝑜2 = 𝐴𝑣 𝑉𝑖𝑛 +𝑉𝑟 • 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 0 PAR DIFERENCIAL • 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 PAR DIFERENCIAL • POLARIZAÇÃO CC: • Com entradas CA obtidas das fontes de tensão, a tensão CC em cada entrada está essencialmente conectada a 0V • 𝐼𝐸′ = 𝑉𝐸 −(−𝑉𝐸𝐸 ) 𝑅𝐸 • 𝑉𝐸 = −𝑉𝐵𝐸 • 𝐼𝐸′ = 𝑉𝐸𝐸 −𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐸 • Supondo transistores casados: • 𝐼𝐶1 = 𝐼𝐶2 = • Assim: 𝐼𝐸′ 2 • 𝑉𝐶1 = 𝑉𝐶2 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐸′ 𝑅 2 𝐶 CIRCUITO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL • Operação CA: X PAR DIFERENCIAL • Equivalente CA de um amplificador diferencial X PAR DIFERENCIAL • OPERAÇÃO CA: • Ganhos de tensão: Um bom amplificador diferencial apresenta um ganho diferencial muito grande 𝐴𝑑 , que é muito maior do que o ganho de modo-comum 𝐴𝑐 . • Ganho de tensão CA com entrada simples: 𝐴𝑉 = • Ganho de tensão CA com entrada dupla: 𝐴𝑑 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 𝑉𝑜 𝑉𝑑 = = 𝑅𝑐 2𝑟𝑒 𝑅𝑐 𝑟𝑒 • 𝑉𝑑 = 𝑉𝑖1 − 𝑉𝑖2 • Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas • Ganho de tensão CA em modo-comum: 𝐴𝑐 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 = 𝛽𝑅𝑐 𝑟𝑖 +2(𝛽+1)𝑅𝐸 • 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, 𝐴𝑐 , o menor possível (idealmente 0). Quanto maior for 𝑅𝐸 menor será 𝐴𝑐 . • Um método comum de aumentar o valor CA de 𝑅𝐸 é utilizar um circuito de fonte de corrente constante entre o emissor-comum e o terra CA. • Melhoramento: impedância CA muito maior para 𝑅𝐸 obtida pelo uso da fonte de corrente constante. X PAR DIFERENCIAL • Ganho de tensão CA com saída simples • Tensão de saída em cada coletor: • 𝑉𝑂 = 𝐼𝑐 𝑅𝑐 • Transistores bem casados (simétricos): • 𝐼𝑏1 = 𝐼𝑏2 = 𝐼𝑏 • 𝑟𝑖1 = 𝑟𝑖2 = 𝑟𝑖 = 𝛽𝑟𝑒 • Com 𝑅𝐸 ≅ ∞ • 𝑉𝑖 − 𝐼𝑏 𝑟𝑖 − 𝐼𝑏 𝑟𝑖 = 0 • 𝐼𝑏 = 𝑉𝑖 2𝑟𝑖 = 𝑉𝑖 2𝛽𝑟𝑒 • 𝐼𝑐 = 𝛽𝐼𝑏 𝐼𝑐 = 𝑉𝑖 2𝑟𝑒 • Ganho de tensão com entrada simples em cada coletor: • 𝐴𝑉 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 = 𝑅𝑐 2𝑟𝑒 PAR DIFERENCIAL • Ganho de tensão CA com saída dupla • (sinais aplicados a ambas as entradas) • 𝐴𝑑 = 𝑉𝑜 𝑉𝑑 = 𝑅𝑐 𝑟𝑒 • Sendo 𝑉𝑑 = 𝑉𝑖1 − 𝑉𝑖2 • Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas X PAR DIFERENCIAL • Operação em modo-comum • 𝐼𝑏 = 𝑉𝑖 𝑟𝑖 +2(𝛽+1)𝑅𝐸 • 𝑉𝑂 = 𝐼𝑐 𝑅𝑐 = 𝛽𝐼𝑏 𝑅𝑐 • 𝐴𝑐 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 = 𝛽𝑅𝑐 𝑟𝑖 +2(𝛽+1)𝑅𝐸 • Fornece uma pequena amplificação do sinal comum a ambas as entradas X PAR DIFERENCIAL 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, RC. • 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)
