6/4/2011
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IFBA
CELET CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
ProfessorProfessor:: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Vitória da Conquista, 2010
Amplificador DiferencialAmplificador Diferencial
11aa ParteParte
Introdução
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Análise de Amplificadores Diferenciais: Introdução, Características e Configurações, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção
Este documento aborda o funcionamento de amplificadores diferenciais, explicando suas características, análises cc e ca, impedâncias de entrada, ganhos de saída e configurações com entradas diferenciais e simples. Além disso, discute-se sobre a teoria de superposição, impedâncias de base, correntes de polarização e offset, efeitos de corrente de offset e tensão offset.
Tipologia: Notas de estudo
2012
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IFBA
CELETCELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
ProfessorProfessor:: Edvaldo Moraes Ruas, EE
Vitória da Conquista, 2010
Amplificador DiferencialAmplificador Diferencial
aa
ParteParte
Introdução
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.
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;
v 1 = tensão de entrada não-inversora v 2 = tensão de entrada inversora vout = tensão entre os coletores (tensão diferencial) A V = RC/r’e v out = A V (v 1 – v 2 )
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 = A V (v 1 – v 2 )
Com uma saída com terminal simples o ganho é a metade do valor com uma saída diferencial; A V = RC/2r’e
Diagrama em bloco.
Se v 2 = 0
vout = A V (v 1 )
Se v 1 = 0 vout = – A V (v 2 )
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 A V = RC. r’e
vout = icRC
vin = ier’e + ier’e = 2ier’e
A V = RC. 2r’e
A tensão quiescente CC V C é removida num estágio posterior.
Ganho de Saída com Term. Simples (ent. não-inversora)
Análise CA de um Amp-Dif
Versão pnp
Geralmente desenhados de cabeça para baixo;
Eles são geralmente usados em circuitos transistorizados que utilizam fontes de alimentação positiva.
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.
Análise CA de um Amp-Dif
Configuração Usando Entrada Diferencial
Combinando os dois resultados, teorema de superposição, para obter as equações;
A tensão de saída ao se usar a entrada não-inversora:
vout = A V (v 1 )
A tensão de saída ao se usar a entrada inversora:
vout = – A V (v 2 )
Combinando os dois resultados:
vout = A V (v 1 – v 2 )
Análise CA de um Amp-Dif
Impedância de Entrada
Em um estágio 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.
Análise CA de um Amp-Dif
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 A V
Esse erro se deve as diferenças em RC, VBE e outros parâmetros dos transistores que 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.
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 = A V (V1erro + V2erro + V3erro)
Em muitos casos Verro pode ser 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
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
Q 6 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: