1a Parte Amplificador Diferencial Introdução

28/10/2010
IFBA
CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
Professor:: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Professor
Vitória da Conquista, 2010
1a Parte
Introdução
Amplificador Diferencial
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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;
 v1 = tensão de entrada não-inversora
 v2 = tensão de entrada inversora
 vout = tensão entre os coletores ((tensão diferencial))
 AV = RC/r’e
vout = AV (v1 – v2)
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:
vout = AV (v
( 1 – v2)
Com uma saída com terminal simples o ganho é a metade
do valor com uma saída diferencial;
AV = RC/2r’e
Diagrama em bloco.
 Se v2 = 0
vout = AV (v1)
 Se v1 = 0
vout = – AV (v2)
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Análise CC de um Amp-Dif
Considerando os transistores e resistores iguais;
A tensão CC em qualquer coletor é dada por:
VC = VCC – ICRC
Corrente de cauda:
IT = 2*IE
 IT = VEE – VBE
RE
Efeito do Resistor de Base
IT = VEE – VBE .
RE + RB/2βcc
Em qualquer projeto prático, RB/2βcc é menor que 1% de RE.
Análise CA de um Amp-Dif
Com um RE 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 Q1
produz uma diminuição na corrente de emissor Q2;
O que provoca um aumento em Vout;
De forma similar, acontece no semiciclo negativo.
Ganho de Saída com Term. Simples (ent. não-inversora)
RE >> r’e
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Análise CA de um Amp-Dif
Ganho de Saída com Term. Simples (ent. não-inversora)
vout = icRC
vin = ier’e + ier’e = 2ier’e
AV = RC .
2r’e
 A tensão quiescente CC VC é removida num estágio posterior.
Ganho da Saída Diferencial
vout = vc2 – vc1 = icRC – (– icRC) = 2icRC
 A tensão de entrada CA ainda é igual a:
vin = 2ier’e
 Ganho de tensão
AV = RC .
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.
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Análise CA de um Amp-Dif
Configuração Usando Entrada Diferencial
Combinando os dois resultados,
resultados teorema de superposição,
superposição para obter as equações;
A tensão de saída ao se usar a entrada não-inversora:
vout = AV (v1)
A tensão de saída ao se usar a entrada inversora:
vout = – AV (v2)
Combinando os dois resultados:
vout = AV (v1 – v2)
Análise CA de um Amp-Dif
Impedância de Entrada
Em um estágio EC,
EC a impedância de entrada da base é:
zin = βr’e
Em um amp-dif, a impedância de entrada de qualquer base é duas vezes maior:
zin = 2βr’e
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.
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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 βcc de cada transistor é
ligeiramente diferente, o que significa que as
correntes de base são diferentes;
Iin(bias) = IB1 + IB2
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:
Iin(off) = IB1 – IB2
Esta diferença nas correntes da base indica quanto os transistores estão casados.
Correntes de Base e Offsets
As folhas de dados geralmente não fornecem IB1 e IB2.
Podemos calculá-las rearranjando as equações anteriores:
IB1 = Iin(bias) + Iin(off)
2
IB2 = Iin(bias) – Iin(off)
2
Efeito da Corrente de Base
Alguns amp-difs operam com uma resistência de base
em apenas um lado, o que produz:
V1 = – IB1RB
O que tem o mesmo efeito de um sinal na entrada, Verro.
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Características de Entrada de um Amp-Op
Efeito da Corrente de Offset de Entrada
Uma forma de reduzir a tensão de erro de saída é usando uma resistência de base
igual no outro lado do amp-dif;
Nesse caso, temos:
Vin = IB1RB – IB2RB = (IB1 – IB2)RB
Vin = Iin(off)RB
O que faz o erro ser menor porque Iin(off) é geralmente 25% menor que Iin(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;
Vin(off) = Verro
AV
sse eerro
o se deve as ddiferenças
e e ças eem RC, VBE e out
os pa
â et os dos ttransistores
a s sto es que
Esse
outros
parâmetros
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 Verro é medida.
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Características de Entrada de um Amp-Op
Efeitos da Combinados
Existem três entradas de erro CC:
• V1erro = (RB1 – RB2) Iin(bias)
• V2erro = ((RB1 – RB2) Iin(off)
2
• V3erro = Vin(off)
Verro = AV (V1erro + V2erro + V3erro)
Em muitos casos Verro pode ser ignorado.
ignorado No caso de amplificador CA;
Para reduzir o erro pode-se fazer RB1 = RB2 = RB, e teremos:
• V1erro = 0
• V2erro = RB Iin(off)
• V3erro = Vin(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.
Vsaída . = RC .
Vent(MC)
r’e + 2RE
(
)
 como RE >> r’e
temos
Av(CM) = RC .
2RE
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Ganho em Modo Comum
Razão de Rejeição em Modo Comum (CMRR)
CMRR =
Av .
Av(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
CMRRdB = 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:
IR = VCC – VBE .
R
S o diodo
Se
di d de
d compensação e o diodo
di d emissor
i
tiverem
i
curvas tensão-corrente
idênticas:
IC = IR
Nos CI’s é relativamente fácil casar os diodos, porque os dois estão no mesmo chip;
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Espelho de Corrente
Corrente de Cauda
Com uma saída com terminal simples;
•Av = RC .
2r’e
•Av(CM) = RC .
2RE
CMRR = RE .
r’e
Quanto maior fizermos RE , maior a CMRR;
Uma forma de obtermos um R equivalente alto é usar um espelho de corrente;
IR = VCC + VEE – VBE .
R
A impedância de saída é muito alta;
R é na ordem de centenas de megahoms.
Espelho de Corrente
Carga Ativa
Q6 é uma fonte de corrente pnp;
•Av = RC .
2r’e
Amp-Dif com Carga
Análise com resistor de carga é muito mais complicado, porém aplicando Thévenin:
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