Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica Disciplina – Eletrônica Analógica 2
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Disciplina – Eletrônica Analógica 2
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Amplificador Operacional (AO) - Características
É um amplificador CC com um ganho de
tensão muito alto, com impedância de
entrada muito alta e impedância de saída
muito baixa.
Amplificadores Diferenciais
É um amplificador capaz de realizar
operações matemáticas diversas como: soma,
subtração, multiplicação, divisão, derivação e
integral.
Possui frequência de ganho
unitário (funity) variando de 1Mhz
até frequências acima de 20mhz.
Necessita de fonte de alimentação
externa (simétrica ou não).
O circuito de entrada da maioria dos AO’s é o amplificador diferencial. Essa
configuração de amplificador estabelece muitas características dos CI. Tais como:
• Corrente de polarização de entrada;
• Corrente de offset de entrada;
• Corrente de base e offsets;
• Efeito de corrente de base;
• Efeitos da corrente de offset de entrada;
• Tensões de offsets;
• Efeitos combinados.
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Amplificador Diferencia Saída com Carga Flutuante
Seja o amplificador diferencial didático mostrado na figura 1.0. A tensão de saída
CA Vout definida por : Saída Diferencial
Figura 1.0 – Amplificador diferencial com
saída com carga flutuante
Sejam os resistores Rc e o transistores idênticos:
• 1) Se
• 2) Se
• 3) Se
Denominações:
• A entrada V1 é denominada como Entrada Não Inversora
- (Vout está em fase com V1).
• A entrada V2 é denominada como Entrada Inversora -
(Vout está 180º fora de fase em relação a V2).
Carga Flutuante, pois
nenhum dos terminais
estão aterrados.
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Amplificador Diferencial com Saída com terminação Simples
A figura 1.1 mostra uma configuração de um amplificador diferencial com saída
com terminação simples. Essa terminação é muito utilizada em AO’s.
Figura 1.1 – Amplificador diferencial com
saída com terminação simples
Como a entrada é diferencial, a tensão de saída
CA no terminal é dada por Vout = Av (V1-V2)
Entretanto, com uma saída com terminação
simples o ganho de tensão é a metade do valor
com uma saída diferencial.
O ganho de tensão é a metade do obtido com
uma saída diferencial pois este ganho é obtido
somente de um dos coletores.
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Análise CC de um amplificador diferencial
Considerações Iniciais:
1. Os transistores são idênticos;
2. Os resistores de coletor são iguais;
3. As bases dos coletores são aterrados;
4. Serão consideradas a 1ª consideração (dado
ideal Vbe = 0 ) ou 2ª aproximação (Vbe = 0,7V)
Exemplo 1 – Calcule as correntes e tensões para o circuito abaixo usando a seguinte
aproximação ( Vbe = 0,7V )
1) Cálculo da corrente de cauda ( It )
Vee
-15
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Análise CC de um amplificador diferencial
2) Cálculo do Vc1 e Vc2
-15
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Exemplo 2 – Calcule as tensões e correntes no circuito com saída e terminação simples
para a figura abaixo.
1) Cálculo da corrente de cauda ( It )
2) Cálculo da corrente de coletor
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3) Cálculo De Vc1 e Vc2
4) Cálculo De Vce1 e Vce2
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Problema Prático
Refaça o exemplo 2 utilizando Re = 3KΩ, utilize a seguinte aproximação:
1) Cálculo da corrente de cauda ( It )
2) Cálculo da corrente de coletor
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3) Cálculo De Vc1 e Vc2
4) Cálculo De Vce1 e Vce2
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Análise CA de um Amplificador Diferencial
Objetivo: Deduzir a equação do ganho de tensão de um amplificador diferencial para
cada uma das configurações vistas.
A) Seja a configuração usando entrada não inversora e saída com terminações simples:
(a)
(b)
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Análise Qualitativa
• A corrente de cauda It é quase constante quando um
pequeno sinal CA é inserido na entrada;
•Uma diminuição na corrente do emissor Q1 produz um
aumento na corrente do emissor Q2;
• Q1 opera como um seguidor de emissor (coletor comum
– buffer – seguidor de impedância) que produz uma
tensão CA no resistor de emissor. Essa tensão CA é a
metade da tensão V1 da entrada;
• No sentido positivo da tensão de entrada, a corrente do
emissor Q1 (Ie1) aumenta, a corrente do emissor Q2 (Ie2)
diminui, fazendo com que a tensão de coletor de Q2
(Vc2 = Vout) aumente;
• No semiciclo negativo da tensão de entrada, a corrente
de emissor de Q1 (Ie1) diminui, a corrente do emissor
Q2(Ie2) aumenta, fazendo com que a tensão de coletor
de Q1 (Vc1 = Vout) diminua;
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Análise de C.A: Cálculo de ganho de tensão
Revisão: Para fazer análise C.A de um circuito com transistor, deve-se:
1. Curto-circuitar as fontes de tensão;
2. Substituir os transistores pelo seu modelo C.A equivalente (neste caso modelo T).
(a)
(b)
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3. Mas Re>>r’e, portanto, podemos simplificar o modelo C.A do circuito, excluindo Re do
circuito, já que Re // r’e ≈ r’e
ou
(c) (d)
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Análise Quantitativa
1. Analisando a malha 1 temos: • Como as duas resistências (r’e) são iguais, a
tensão sobre cada r’e é a metade da tensão de
entrada. Por isso a tensão C.A no resistor de cauda
é a metade da tensão de entrada
2. Analisando a malha 2 temos:
2
1
3. Dividindo por , encontramos o ganho de tensão: 1 2
Mas Ic ≈ Ie, portanto
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B) Seja a configuração usando entrada não inversora e saída diferencial:
• Substituindo a fonte de tensão por curto-circuito e
transistores pelo modelo T, obtemos o circuito para análise
C.A:
(a) (b)
• A análise é quase idêntica à do amplificador diferencial com saída com terminação
simples
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1. Analisando a malha 1 temos:
Mas Ic ≈ Ie, logo
2. Analisando a malha 2 temos:
• Mas nesta configuração, temos 2 arranjos EC faceados.
Sabemos que a tensão Vc1 é 180º da tensão V1. Portanto:
3. Cálculo do ganho de tensão
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Conclusão
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Exemplo
Qual a tensão de saída C.A ? Se β = 300, qual a impedância de entrada do
amplificador diferencial ? (Obs.: Utilize a Seguinte aproximação Vbe = 0,7V)
1. Análise CC: (Aterrar as entradas de tensão)
1.1 - Cálculo da Tensão de Entrada
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1.2 - Cálculo da Corrente de Cauda
1.3 - Cálculo da Corrente de Polarização do emissor (Ie)
2. Análise CA: (Substituir os transistores pelo modelo T e aterrar as fontes de tensão)
2.1 - Cálculo da Resistência C.A do emissor
2.2 - Cálculo do ganho de Tensão
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2.3 - Cálculo de Vout
2.4 - Cálculo da impedância de entrada