Notas de Aula - Cap 17 Malvino

Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica

Disciplina – Eletrônica Analógica 2



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.



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.



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.



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



Análise CC de um amplificador diferencial

2) Cálculo do Vc1 e Vc2

-15



Exemplo 2 – Calcule as tensões e correntes no circuito com saída e terminação simples

para a figura abaixo.


2) Cálculo da corrente de coletor



3) Cálculo De Vc1 e Vc2

4) Cálculo De Vce1 e Vce2



Problema Prático

Refaça o exemplo 2 utilizando Re = 3KΩ, utilize a seguinte aproximação:


2) Cálculo da corrente de coletor



3) Cálculo De Vc1 e Vc2

4) Cálculo De Vce1 e Vce2



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)



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;



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)



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)



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



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




Mas Ic ≈ Ie, logo


• 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



Conclusão



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



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



2.3 - Cálculo de Vout

2.4 - Cálculo da impedância de entrada

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