V - Engenharia Eletrica

Introdução
• Amplificação linear
Introdução à Eletrônica
• Inversor
TE214 Fundamentos da Eletrônica
Engenharia Elétrica
Amplificadores
• Amplificação de sinal: função fundamental de
processamento de sinais.
• Por que? Transdutores fornecem sinais “fracos”,
da ordem de V ou mV.
• Linearidade na amplificação: sem modificar a
informação contida no sinal
distorção
Amplificadores
• Amplificador linear
vo(t) = Avi(t)
onde vi e vo são os sinais de entrada (input) e
saída (output) e A é a constante que representa
o ganho do amplificador.
• Amplificador de tensão: aumentar a amplitude do
sinal
pré-amplificador de áudio
Amplificadores
Símbolo de Circuito Amplificador
• Amplificador de potência: “baixo” ganho de
tensão, mas um substancial ganho de corrente.
• É um quadripolo
amplificador de áudio
potência para acionar o alto-falante (carga)
(transdutor de saída)
terminal comum / ponto de referência / terra
Ganho de Tensão
Ganho de Tensão
• Admite um sinal de entrada vI(t) e fornece, na
saída, sobre a resistência de carga RL, um sinal
de saída vO(t).
• Característica de transferência
de um amplificador linear
• vO(t) é uma réplica
aumentada de vI(t)
Ganho de tensão ( Av ) 
vO
vI
Característica de transferência de um amplificador de tensão linear
com ganho de tensão Av.
Ganho de Potência e de Corrente
• Um amplificador aumenta a potência do sinal!
Ganho de potência ( Ap ) 
Potência na carga ( PL )
Potência na entrada ( PI )
vOiO
v I iI
i
Ganho de corrente ( Ai )  O
iI

Fonte de Alimentação do Amplificador
• A potência entregue à carga é maior que a
potência obtida da fonte de sinal!
De onde vêm essa potência adicional?
• Amplificadores necessitam de fontes de
alimentação para sua operação...
Pcc  V1I1  V2 I 2
Ap  Av Ai
Pcc  PI  PL  Pdissipada
Eficiência ( ) 
Fonte de Alimentação do Amplificador
PL
 100
Pcc
Fonte de Alimentação do Amplificador
• Exemplo:
V1 = V2 = 10V
vI = senoidal com 1V de pico
vO= senoidal com 9V de pico
RL = 1k
I1 = I2 = 9,5mA
iI = senoidal com 0,1mA de pico
•
Amplificador que necessita de duas fontes CC (ou DC) para operar
Ganho de tensão? Ganho de corrente? Ganho de potência?
Potência drenada da fonte cc? Potência dissipada no amplificador?
Eficiência?
Saturação do Amplificador
Saturação do Amplificador
Característica de transferência do amplificador
L
L
 vI  
Av
Av
Permanece linear apenas em uma faixa de
tensões de entrada (vI) e saída (vO)
Normalmente 1V acima/abaixo de V+ e V-
Características de Transferência Não-Linear
• Na prática, amplificadores podem exibir nãolinearidades
• Depende da sofisticação do circuito e da
qualidade do projeto
• Amplificadores podem operar com fonte de
alimentação simples
Polarização
•
Polarização: técnica simples
para obter amplificação linear
de um amplificador com curva
característica não-linear
•
Polarizar = definir ponto de
operação
•
Ponto Q = ponto quiescente ou
ponto de polarização ou ponto
de operação
vI (t )  VI  vi (t )
Polarização
•
Convenção da Notação
Tensão de saída?
• iA(t), vC(t): grandeza
instantânea total
• IA, VC: grandezas de
corrente contínua (cc)
• VDD, IDD: tensões/correntes
das fontes de alimentação
cc
• ia(t), vc(t): grandezas de
sinais incrementais
• Ia,Vc: amplitude do sinal
senoidal
vo (t )  Vo  vo (t )
ou
vo (t )  Av vi (t )
onde Av é a inclinação da curva
de transferência
Av 
dvO
dvI em Q
Inversor Lógico Digital
Característica de Transferência de Tensão
• É o principal elemento básico no projeto de
circuitos digitais
• É utilizada para quantificar a operação do
inversor
• Função: Inverter o valor
lógico do sinal de
entrada
• VOH não depende do
valor exato de vI
• Mas se vI exceder
VIL...
Inversor lógico alimentado por uma fonte cc de tensão VDD
• Da mesma forma, VOL
não depende...
Característica de transferência de tensão de um inversor. A CTT é
aproximada por três segmentos de reta. Note os quatro parâmetros da
CTT (VOH, VOL, VIL, e VIH) e seus usos na determinação das margens de
ruído (NMH e NML).
Margem de Ruído
CTT Ideal
• VOL: nível baixo de saída
• VOH: nível alto de saída
• VIL: Valor máximo de entrada
ainda interpretado pelo inversor
como valor lógico 0
• VIH: valor mínimo de entrada
ainda interpretado pelo inversor
como valor lógico 1
• MRL: margem de ruído para
nível baixo = VIL-VOL
• MRH: margem de ruído para
nível alto = VOH-VIH
• Qual seria a CTT ideal de um inversor?
– Maximiza as margens de ruído
– As distribui igualmente entre as regiões de entrada de
nível baixo e nível alto
• Além disso, para uma alimentação VDD, o nível
alto VOH de ser o máximo valor de VDD.
• E o nível baixo VOL de ser o mínimo possível,
próximo de zero.
CTT Ideal
Implementação do Inversor
• As tensões de limiar VIL e VIH
devem ser equalizadas e
ajustada em VDD/2.
• Inversores são implementados usando
transistores operando como chaves controlada
por tensão.
• Logo, a região de
transição fica reduzida
a zero.
• A chave é controlada pela
tensão de entrada do inversor vI.
• As margens ficam então
NMH = NML = VDD/2
Curva característica de tensão de um inversor ideal
Implementação do Inversor
• Quando vI for baixa, a chave
estará aberta e vO=VDD
Implementação do Inversor
• Entretanto, chaves transistorizadas não são
perfeitas!
• Resistência de desligamento elevada
• Quando vI for alta, a chave
fechará e pressupondo-se
uma chave ideal, vO= 0
• Resistência de fechamento Ron finita e diferente
de zero
• Para transistores bipolares: tensão residual Voffset