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Projeto de um Amplificador Diferencial

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1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA: Projetos de Circuitos Analógicos 
PROFESSOR: Dr. Isnaldo José de Souza Coelho 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DA PRÁTICA DA PRIMEIRA AVALIAÇÃO 
 
“AMPLIFICADOR DIFERENCIAL” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Audenor Júnior / Rodrigo Gonçalves 
Curso: Engenharia Elétrica 
Data: 20/03/2017 
 
 
Juazeiro-Bahia 
2 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. OBJETIVOS .................................................................................................... 3 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 3 
3. MATERIAL UTILIZADO .............................................................................. 6 
4. PROCEDIEMNTO EXPERIMENTAL .......................................................... 6 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 8 
5.1. PARTE 1 – Placa Analógica AB41. ......................................................... 8 
5.1.1. Amplificador Diferencial com entradas CC (Tensões Offset) ........... 8 
5.1.2. Amplificador Diferencial com entradas CC (Diferença Output) ..... 12 
5.2. PARTE 2 – Placa Prototipagem (protoboard), .......................................... 22 
6. CONCLUSÕES ............................................................................................. 26 
7. REFERËNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. OBJETIVOS 
 
Estudar e apresentar de forma didática a configuração Amplificador 
Diferencial. Buscando mostrar os efeitos causados pela assimetria dos TBJ’s que 
o compõem e as formas de compensar ajustando a resistência do coletor, 
eliminando o offset e a distorção do sinal de saída. 
 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
 
Dois transistores podem ser praticamente idênticos em referimento as suas 
propriedades elétricas porque são fabricados em uma mesma pastilha em 
posições muito próximas, ocasionando um casamento perfeito no seu 
comportamento. Logo em um mesmo lote de fabricação todos os transistores são 
praticamente iguais. De acordo com o exposto anteriormente surgiu o Circuito 
Amplificador Diferencial, representado na Figura 01., que é uma configuração de 
uso extremamente comum em unidades de Circuitos Integrados (CI). 
 
Figura 01. Circuito amplificador diferencial básico. 
 
Esse circuito tem duas entradas e duas saídas e os emissores estão ligados 
entre si, portanto, uma série de combinações de sinais de entrada é possível: 
• Entrada Simples: Quando um sinal de entrada é aplicado a uma das entradas 
com a outra conectada ao terra. 
• Entrada Dupla: Quando dois sinais de entrada de polaridades opostas são 
aplicados as duas entradas. 
• Modo Comum: Quando o mesmo sinal de entrada é aplicado a ambas 
entradas. 
4 
 
A principal característica do amplificador diferencial é o ganho expressivo 
quando sinais opostos são aplicados às entradas, em comparação com o ganho 
muito pequeno resultante de entradas comuns. 
Existe um conjunto de razões que convencem a idealidade do seu uso, 
entre elas a de que a configuração exige poucos capacitores e resistores de grande 
valor o que simplifica bastante a sua fabricação segundo a técnica do circuito 
integrado. Com essa redução no número de componentes, o amplificador 
diferencial, se torna ideal para um processamento monolítico, o que explica sua 
escolha pela maioria dos fabricantes, como base dos circuitos integrados lineares. 
Outra vantagem é a sua versatilidade em termos de comportamento elétrico e por 
fim esses eles podem proporcionar amplificação linear, desde sinais de corrente 
continua, até sinais de frequências correspondentes a faixa de VHF. Logo eles se 
adaptam as mais diversas funções como multiplicadores de frequência, 
limitadoras de sinal, moduladores em amplitude e geradores de sinais. 
 
2.1 AMPLIFICADORES DIFERENCIAIS: O Ganho Diferencial de Tensão. 
 
A tensão de sinal na saída de saída de um amplificador diferencial pode 
ser tomada tanto diferencialmente, ou seja, entre os dois coletores, ou como saída 
simples, apenas entre o coletor e o terra. 
𝐴𝑑 =
𝑣𝑐1−𝑣𝑐2
𝑣𝑑
= 𝑔𝑚𝑅𝐶 ou 𝐴𝑑 =
𝑣𝑐1
𝑣𝑑
= 
1
2
𝑔𝑚𝑅𝐶(saída simples) (1) 
 
2.1 POLARIZAÇÃO EM CIRCUITOS INTEGRADOS COM TBJ. 
 
Espelhos de corrente básico: 
 
 O espelho de corrente básico é o projeto mais simples entre os circuitos 
de fonte de corrente, consiste entre dois transistores casados 𝑄1 e 𝑄2, com bases e 
emissores acoplados, logo possuem o mesmo 𝑣𝑏𝑒, e o transistor 𝑄1, está 
conectado como um diodo, pois sua base foi ligada curto-circuitando com seu 
coletor. 
5 
 
 
Figura 02. Espelho de corrente simples. 
 
IO
IREF
= 
1
1+2 β⁄
 (Relação do ganho de corrente do espelho) (2) 
 
IREF = I =
VCC+VEE−0.7 V
R
 (Corrente de referência de entrada para o espelho) (3) 
 
Espelhos de corrente de Wilson: 
 
Circuito alternativo de espelho que obtém uma maior compensação da 
corrente de base e uma maior resistência de saída. 
 
 
Figura 03. Espelho de corrente simples. 
 
IO
IREF
≅ 
1
1+2
β2⁄
 (Relação do ganho de corrente do espelho) (4) 
 
𝐼𝑅𝐸𝐹 = 
𝑉𝐶𝐶+𝑉𝐸𝐸−1.4𝑉
𝑅𝑅𝐸𝐹
 (Corrente de referência de entrada para o espelho) (5) 
6 
 
3. MATERIAL UTILIZADO 
 
• Placa Analógica AB41; 
• Fontes DC de alimentação (+12, -12 e +5) V; 
• Gerador de Funções 
• Osciloscópio; 
• Multímetros Digitais; 
• Cabos Conectores; 
• Protoboard; 
• Resistores; 
• Transistores Bipolares de Junção (TBJ´s) BC337; 
• Amplificador Operacional LM324N. 
 
4. PROCEDIEMNTO EXPERIMENTAL 
 
O experimento proposto foi dividido em duas partes. A PARTE I foi 
subdividida em três etapas e foi realizada utilizando a Placa Analógica AB41, 
ilustrada na Figura 04 e a PARTE II foi realizada em apenas uma etapa 
utilizando a Placa de Prototipagem (protoboard), ilustrada na Figura 05. 
 
 
Figura 04. Placa Analógica AB41. 
 
 
Figura 05. Placa de Prototipagem (protoboard). 
7 
 
Antes de iniciar a PARTE I, alimentamos a Placa Analógica AB41 com 
tensões CC externas de +12 V, -12 V e +5 V nos locais indicados na placa. Em 
seguida, iniciou-se a primeira etapa conectando as entradas “AC/DC” aos 
grounds respectivos para que fosse detectada, com o Multímetro Digital, a tensão 
offset no terminal “Output 2” variando o Potenciômetro P1. A tensão de saída 
(offset) no terminal “Output 1” também foi medida. 
Em seguida, desaterrou-se as entradas “AC/DC” e ajustou-se os valores de tensão 
“DC out1” e “DC out2” para 0,7 e 0,8 V respectivamente e conectou-as as suas 
respectivas entradas DC. Mediu-se assim a tensão CC de saída entre os terminais 
“Output 2” e “Output 1” mantendo o Potenciômetro P1 constante e variando o 
potenciômetro P3 e vice e versa. 
Na segunda etapa da PARTE I, utilizando o Gerador de Funções, foi 
gerada uma forma de onda senoidal de 50 mVPP com uma frequência de 1 kHz e 
conectou-a ao terminal “AC/DC input 1”. O terminal “AC/DC input 2 foi 
aterrado. Com o Potenciômetro P1 girado totalmente em sentido anti-horário, ou 
seja, com as resistências dos coletores iguais, foi medida e traçada a forma de 
onda de saída entre os terminais “Output 2” e “Output 1” utilizando o 
Osciloscópio. Todo o procedimento descrito anteriormente foi realizado 
novamente de forma inversa, trocando “AC/DC input 1” por “AC/DC input 2” e 
girandoo Potenciômetro P1 totalmente em sentido horário. 
Na terceira etapa da PARTE I, utilizando o Gerador de Funções, também 
foi gerada uma forma de onda senoidal de 50 mVPP com uma frequência de 1 
kHz e conectou-a aos terminais “AC/DC input 1” e “AC/DC input 2. Com o 
Potenciômetro P1 girado totalmente em sentido anti-horário, ou seja, com as 
resistências dos coletores iguais, foi medida e traçada a forma de onda de saída 
entre os terminais “Output 2” e “Output 1” utilizando o Osciloscópio. 
Todo o procedimento descrito anteriormente foi realizado novamente, 
mudando apenas a fase do sinal de entrada do terminal “AC/DC input 2, de 
forma que o desfasamento fosse de 180º em relação a entrada do terminal 
“AC/DC input 1”. Para esse feito foi utilizando o amplificador LM324N no 
modo inversor. 
8 
 
Por fim, antes de iniciar a PARTE II, foram projetadas duas fontes de 
correntes de 1 e 5 mA utilizando o modelo Espelho de Wilson. Foi montado o 
circuito da Figura 06 no protoboard, alimentando o circuito com as tensões 
externas de +12 V e -12 V. Utilizando o Gerador de Funções, foi gerada uma 
forma de onda senoidal de 50 mVPP com uma frequência de 1 kHz e conectada ao 
terminal de entrada indicado pelo número 5 na Figura 05. E o sinal de saída foi 
colhido na carga RL. 
 
Figura 06. Diagrama de um amplificador de dois estágios. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
5.1. PARTE 1 – Placa Analógica AB41. 
 
A PARTE I foi subdividida em duas etapas. Na primeira analisou-se o 
circuito com as entradas nulas (aterradas) para ser medida as Tensões Offset nos 
terminais “Output” de acordo com a variação do potenciômetro P1. Na segunda 
foi introduzida as Tensões CC nas entradas para ser medida a diferença 
“Output” de acordo com a variação dos potenciômetros P1 e P3. 
 
5.1.1. Amplificador Diferencial com entradas CC (Tensões Offset) 
 
A tensão de saída (offset) é uma tensão residual que aparece na saída do 
Amplificador Operacional quando as entradas inversora e não inversora são 
nulas. 
9 
 
De igual modo, como o Amplificador Diferencial possui duas entradas e 
duas saídas, as tensões de saída (offset) são as tensões residuais que aparecem 
nas saídas (terminais “Output 1” e “Output 2) quando as entradas (“AC/DC”) são 
nulas. Quando o potenciômetro P1 está girado totalmente em sentido anti-horário 
o seu valor de resistência é nulo, logo as resistências de coletores de ambos TBJs 
são iguais, de modo que as tensões de offset (Output 1 e 2) devem ser iguais. 
 
5.1.1.1. Tensões Offset (Teórico) 
 
 
Já que ambas polarizações dos TBJs, tipo npn, da Figura 04 são iguais, 
quando o Potenciômetro P1 está girado totalmente em sentido anti-horário (P1 = 
0 Ω), a análise foi feita com apenas um TBJ. Primeiramente observa-se que a 
base está aterrada, tornando a junção JCB (Junção coletor-base) polarizada 
diretamente e fazendo com que a sua corrente IB seja nula e ainda que, VBE seja 
igual a -0,6 V (Considerando VBE= 0,6 V). Os dois TBJs dividem a mesma 
corrente, logo, o valor de IE é dividido por dois. 
IE1 = IE2=
VBE−( −12)
2 x 𝑅𝐸
=
− 0,6−( −12)
2 x 47,5 x 10³
 = 0,12 mA (6) 
 
Como a corrente de coletor IC = IB + IE e IB = 0 A. 
IC = IE (7) 
 
A tensão dos coletores VC1 eVC2 que são as tensões de saída “Output 1” e 
“Output 2” foi calculada. 
VC1 = VC2 = 12 - IC x RC =12 –(0,12 x 10-3) x (61,9 x 103) = 4,57 V (8) 
 
A análise para quando o Potenciômetro P1 foi girado totalmente em 
sentido horário (P1 = 100 kΩ), foi feita considerando que o TBJ da saída “Output 
2” estava no modo de saturação de acordo com a tabela 01. Isso porque os 
valores para VC2 apresentados na prática e na simulação foram negativos, 
tornando a junção JEB (Junção emissor-coletor) polarizada diretamente. 
10 
 
Tabela 01: Modos de Operação para o Transistor 
JEB JCB MODO 
Reversa Reversa CORTE 
Direta Reversa ATIVO 
Direta Direta SATURAÇÃO 
 
De acordo com a Figura 07, quando o TBJ está no modo de saturação, as 
tensões de coletor, VC e emissor, VE, são as mesmas, ou seja, VCE = 0 V. 
 
 
Figura 07. Tensão de Coletor em modo de saturação. 
 
A tensão de coletorVC2 que é a tensão de saída “Output 2” foi calculada. 
VC2 = VE2 = – 0,6 V (9) 
 
Dessa forma calcula-se a corrente de saturação de IC2. 
IC2sat=
+12−(VC2)
RC2
=
+12+0,6
161,9 x 10−3
 = 0,078 mA (10) 
 
Para determinar a tensão VC1teoricamente foi calculado primeiramente a 
perca da corrente de coletor IC1 causada pela saturação. 
IPERDA = IC2 - IC2sat=0,12 – 0,078 = 0,042mA (11) 
 
IPERDA foi dividida igualmente entre a fonte de tensão de 12 V, que 
fornecia 24 mA antes da saturação, e a resistência de coletor RC1, já que o TBJ da 
saída “Output 1” continua no modo ativo. 
11 
 
Dessa forma a fonte de tensão de 12 V passa a fornecer 0,219 mA, porque 
o sentido de IPERDA é oposto ao da fonte e 0,021 mA é adicionado a corrente de 
coletor IC1, porque tem o mesmo sentido de IPERDA. A tensão de coletorVC1 que é 
a tensão de saída “Output 1” foi calculada. 
VC1 = 12 – ((IC1 +(
IPERDA)
2
)x RC1) = 12 - 8,728 = 3,27 V (12) 
 
5.1.1.2. Tensões Offset (Simulado) 
 
As figuras 08 e 09 ilustram os valores de tensões e correntes simulados 
para as variações mínima e máxima do Potenciômetro P1. 
 
 
Figura 08. Valor Máximo do Potenciômetro P1. 
 
 
Figura 09. Valor Mínimo do Potenciômetro P1. 
12 
 
5.1.1.3. Tensões Offset (Prático) 
 
Calculou-se os valores de tensões de saída (offset) nos terminais “Output 
1” e “Output 2” com a variação do Potenciômetro P1 de acordo com o 
procedimento mencionado no tópico 4. 
5.1.1.4. Tensões Offset (Resultados) 
 
A tabela 02 apresenta os valores de tensões de saída (offset) de acordo 
com os valores calculados teoricamente, simulados e práticos. 
 
Tabela 02: Valores Offset dos Três Modos. 
Modo Pot. P1 (Ω) Output 1 (V) Output 2 (V) ICSAT(mA) 
Teórico 
0 4,57 4,57 -------------- 
1 k 3,27 -0,60 0,0778 
Simulado 
0 4,63 4,63 -------------- 
1 k 3,36 -0,56 0,0776 
Pratico 
0 4,38 4,58 -------------- 
1 k 4,63 -0,48 Não calculado 
 
5.1.2. Amplificador Diferencial com entradas CC (Diferença Output) 
 
VCM é uma tensão de modo-comum CC dentro do intervalo da tensão de 
modo-comum do amplificador diferencial, sendo esta tensão necessária para 
garantir a tensão CC nas bases dos transístores. Quando VB1 = VB2 = VCM, as 
tensões VC1 e VC2 mantêm-se inalteradas mesmo quando VCM varia com certos 
limites, impostos pela necessidade de os transístores funcionarem no modo 
ativo). Por outro lado, se VB1 ≠ VB2, as tensões VC1 e VC2 serão diferentes. Assim, 
dizemos que o par diferencial (idealmente) responde a sinais diferenciais (i.e., a 
diferença das tensões de entrada) e rejeita o modo comum (i.e., não reage a sinais 
idênticos). Sendo idênticos os transístores, como a soma das correntes de emissor 
é constante, quando se varia a tensão diferencial VD = VB2 - VB1, a corrente 
transfere-se de um para o outro transístor. Essa variação das correntes em função 
da tensão diferencial pode ver-se na Figura 4. A expressão das correntes é: 
IC1 = IC2 = α x I / 1 + e±VD/VT (13) 
13 
 
O gráfico da expressão 13 é ilustrado na Figura 10. 
 
Figura 10. Correntes do par diferencial BJT. 
 
O funcionamento só é aproximadamente linear para pequenas tensões 
diferenciais, zona em que a exponencial tem um comportamento 
aproximadamente linear. Por outro lado, basta uma entrada diferencial VD de 
cerca de ± 0,1V para que um dos transístores tome praticamente toda a corrente. 
 
5.1.2.1. Diferença Output (Teórico) 
 
A luz da teoria explicada no Tópico5.2.1.1., nota-se que VD = 0,1 V e de 
acordo com o gráfico da Figura 10 toda a corrente, fornecida aos emissores pela 
fonte de -12 V, será tomada pelo TBJ da saída “Output 1”. Calculando: 
IE1 = -12 / 47,5x 10-3 = 0,253 mA (14) 
 
De acordo com a expressão 8 pode-se calcular a tensão VC1 
VC1 = 12 - IC x RC = 12 – ((0,253 x 10-3) x (61,9 x 103)) = -3,66 V (15) 
 
O resultado da expressão 13 comuta o TBJ para o modo de saturação 
porque a junção JCB (Junção coletor-base) torna-se polarizada diretamente e VC1 
é igual a VE1 = 0,2 V (VE1 = VB – VBE). Pode-se calcular a corrente de Saturação. 
IC1sat = 
+12−(VC)
RC1
=
+12−0,2
61,9 x 10−3
 = 0,191 mA (16) 
Já que a corrente do emissor do TBJ da saída “Output 2” é praticamente 
nula, VC2 deve se manter constante. 
VC2= 12 –VB2 = 11,3 V (17) 
14 
 
5.1.2.2. Diferença Output (Simulado) 
 
As figuras 11. e 12. ilustram os valores de tensões e correntes simulados 
para as variações mínima e máxima do Potenciômetro P1. 
 
Figura 11. Valor Máximo do Potenciômetro P1. 
 
 
Figura 12. Valor Mínimo do Potenciômetro P1. 
 
5.1.2.3. Diferença Output (Prático) 
 
Nesta etapa, as entradas (“AC/DC”) foram desaterradas e conectadas nas 
respectivas entradas que foram previamente ajustadas para 0,8 V (“DC out1”) e 
0,7 V (“DC out2”), ambas foram ajustadas utilizando os potenciômetros P2 e P3. 
A Tabela 03 apresenta os valores de tensão medidos entre as saídas (“Output 1” e 
“Output 2) para as variações dos Potenciômetros P1 e P3. 
 
15 
 
Tabela 03: Valores de tensão entre os terminais de saída. 
Pot. P3 Pot. P1 AC/DC 1 AC/DC 2 Output 1-2 
Inicial Mínimo 0,80 V 0,70 V 10,26 V 
Inicial Máximo 0,80 V 0,70 V 9,00 V 
Mínimo Mínimo 0,80 V 0,00 V 11,30 V 
Máximo Mínimo 0,80 V 1,01 V -11,00 V 
Mínimo Máximo 0,80 V 0,00 V 11,20 V 
Máximo Máximo 0,80 V 1,01 V -9,80 V 
P3 = P2 
= 0,75 kΩ 
Mínimo 0,80 V 0,80 V 0,01 V 
Máximo 0,80 V 0,80 V 0,01 V 
 
5.1.3. Amplificador Diferencial com apenas uma entrada AC 
(Operação em modo de entrada simples) 
 
A figura 13. Ilustra esse modo de operação. 
 
 
Figura 13. Modo de Entrada Simples. 
 
Em uma operação com entrada simples, aplica-se um único sinal de 
entrada em uma das bases e aterra-se a outra. No entanto, devido à conexão 
emissor-comum, o sinal de entrada aciona ambos os transistores, resultando na 
saída em ambos os coletores. 
No caso de um sinal AC aplicado apenas a uma entrada, faz com que esse 
sinal seja transmitido para outra saída de modo invertido, já que a entrada desta 
saída está aterrada. 
 
16 
 
5.1.3.1. Entrada Simples (Teórico). 
 
Primeiramente aterrou-se a entrada do TBJ da saída “Output 2” e aplicou-
se o sinal de entrada no TBJ da saída “Output 1”. A variação do Potenciômetro 
P1 para o seu valor Máximo (1 kΩ), faz com que o TBJ da saída “Output 2” entre 
em modo de saturação, isso porque o valor de VC2 apresentado na simulação foi 
negativo, tornando a junção JEB (Junção emissor-coletor) polarizada 
diretamente. Logo o esse TBJ se comporta como um diodo, retificando a sua 
respectiva saída. 
 
5.1.3.2. Entrada Simples (Simulado). 
 
As figuras 14 a 17 ilustram o esquema e as formas de onda simuladas de 
acordo com as variações mínima e máxima do Potenciômetro P1. 
 
Figura 14. Esquema de Simulação para Modo de Entrada Simples. 
 
 
Figura 15. Gerador de Funções da Simulação. 
 
17 
 
 
Figura 16. Formas de Onda com Valor Mínimo do Potenciômetro P1. 
 
 
Figura 17. Formas de Onda com Valor Máximo do Potenciômetro P1. 
 
Nas Figuras 16 e 17, o canal CH amarelo é a forma de onda da saída 
“Output 1”, o azul é a forma de onda da saída “Output 2” e o rosa é forma de 
onda da saída da difrença entre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
 
5.1.3.3. Entrada Simples (Prático). 
 
As figuras 18 e 19 ilustram as formas de ondam observados na prática de 
acordo com as variações mínima e máxima do Potenciômetro P1. 
 
Figura 18. Formas de Onda com Valor Mínimo do Potenciômetro P1. 
18 
 
 
Figura 19. Formas de Onda com Valor Máximo do Potenciômetro P1. 
 
Nas Figuras 16 e 17, o canal CH azul é a forma de onda da saída “Output 
1”, o rosa é a forma de onda da saída “Output 2” e verde é forma de onda da 
saída da difrença entre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
Observa-se que a escala do canal CH verde da forma de onda diferencial é 
cinco vezes maior que o os dos canais CH azul e CH rosa, logo as formas de 
onda da simulação e da pratica são semelhantes. 
 
5.1.3.4. Entrada Simples (Resultados) 
 
Observa-se que as formas de onda das simulações e da prática confirmam 
o que foi especificado na teoria. No procedimento experimental foi pedido para 
inverter as entradas. O resultado desta etapa não será mostrado porque 
apresentou os mesmos valores. O ganho pode ser calculado. 
AV= Vo / Vi= Vp / 0,025 (18) 
 
A Tabela 04 apresenta os valores de ganho da simulação e da prática. 
 
Tabela 04: Ganho. 
Pot. P1 Simulado Prático 
Mínimo 169,70 231,93 
Máximo 138,59 153,30 
 
19 
 
5.1.4. Amplificador Diferencial com duas entradas AC 
(Operação em modo de entrada diferencial) 
 
A figura 20. Ilustra esse modo de operação. 
 
Figura 20. Modo de Entrada Simples. 
 
Em uma operação com entrada dupla, aplicam-se dois sinais de entrada, 
sendo que a diferença das entradas resultam em saídas em ambos os coletores por 
causa da diferença dos sinais aplicados a ambas as entradas. 
Essa etapa foi subdividida. A primeira aplicou-se o mesmo sinal nas duas 
entradas e na segunda aplicou-se o mesmo sinal, porém com defasamento de 
180º entre eles. 
 
5.1.4.1. Modo Comum (Teórico). 
 
No caso de um mesmo sinal AC aplicado apenas a uma entrada, faz com 
que esse sinal seja transmitido para as suas saídas respectivas sem defasamento. 
Essa operação é chamada de Modo Comum. Nessa operação, o sinal de entrada 
comum resulta em sinais opostos em cada coletor, e esses sinais se cancelam, de 
maneira que o sinal de saída resultante é igual a zero. 
Na prática, os sinais opostos não se cancelam por completo, e o resultado 
é um pequeno sinal. O que pôde ser constatado na Tabela 03 na primeira etapa da 
PARTE I. 
 
20 
 
5.1.4.2. Modo Comum (Simulado). 
 
As figuras 21 e 22 ilustram o esquema e as formas de ondam simulados. 
 
Figura 21. Esquema de Simulação para Modo de Entrada Dupla. 
 
 
Figura 22. Formas de Onda em Modo Comum. 
 
Na Figuras 21, o canal CH amarelo é a forma de onda da saída “Output 1”, 
o canal CH azul é a forma de onda da saída “Output 2” e o canal CH rosa é forma 
de onda da saída da difrença entre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
 
5.1.4.3. Modo Comum (Prático). 
 
A figura 23 ilustra as formas de ondam observados na prática. 
21 
 
 
Figura 23. Formas de Onda em Modo Comum. 
 
Na Figuras 23, o canal CH amarelo é a forma de onda da saída “Output 1”, 
o canal CH verde é a forma de onda da saída “Output 2” e o canal CH rosa é 
forma de onda da saída da difrença entre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
 
5.1.4.4. Entrada Diferencial (Teórico). 
 
A principal característica do amplificador diferencial é o ganho muito 
grande quando sinais opostos são aplicados às entradas, em comparação com o 
ganho muito pequeno resultante de entradas comuns. 
 
5.1.4.5. Entrada Diferencial (Simulado). 
 
 
Figura 23.Formas de Onda Entrada Diferencial. 
 
Na Figuras 23, o canal CH amarelo é a forma de onda da saída “Output 1”, 
o canal CH azul é a forma de onda da saída “Output 2” e o canal CH rosa é forma 
de onda da saída da difrençaentre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
22 
 
5.1.4.6. Entrada Diferencial (Prático). 
 
 
Figura 25. Formas de Onda Entrada Diferencial. 
 
Na Figuras 25, o canal CH amarelo é a forma de onda da saída “Output 1”, 
o canal CH verde é a forma de onda da saída “Output 2” e o canal CH rosa é 
forma de onda da saída da difrença entre as saídas “Output 2” e “Output 1”. 
 
5.1.4.7. Modo Comum e Entrada Diferencial (Resultados). 
 
Tabela 05: Ganho. 
Ganho Simulado Prático 
Modo Comum 0 0 
Entrada Diferencial 169,70 424,26 
 
5.2. PARTE 2 – Placa Prototipagem (protoboard) 
 
O circuito da PARTE 2 consiste em um amplificador diferencial acoplado 
em cascata a um estágio seguidor de emissor ou coletor comum. 
Como sabemos os amplificadores diferenciais são o bloco de construção de 
circuitos mais largamente aplicados em circuitos integrados analógicos, de forma 
que é utilizado como estágio de entrada de AmpOp’s, enquanto isso o estágio 
seguidor de emissor é vastamente aplicado como último estágio de amplificadores 
de múltiplos estágios no qual o objetivo do último estágio não é aumentar o ganho 
de tensão, mas fornecer uma baixa resistência de saída. 
23 
 
Com um pouco de observação fica evidente que o circuito é equivalente a 
um amplificador operacional rudimentar com apenas dois estágios, na 
configuração Não Inversora. 
 
Figura 26. Circuito é equivalente ao de um AmpOp na configuração Não Inversora. 
 
O projeto das fontes de correntes necessárias para a polarização de cada 
estágio foi feito da seguinte forma, a fonte de corrente de 1 𝑚𝐴 foi projetada 
utilizando-se um espelho de corrente básico, onde foram empregados dois TBJs, 
enquanto que a fonte de corrente de 5 𝑚𝐴 foi projetada com um espelho de 
corrente de Wilson que obtém uma compensação da corrente de base, sua escolha 
foi motivada por razões técnicas pois as fontes de corrente simples não 
conseguiam alcançar valores próximos de 5 𝑚𝐴 quando inseridas dentro deste 
circuito, assim o projeto das fontes determinou os valores teóricos. 
 
Fonte de corrente simples: 
 
𝐼𝑅𝐸𝐹 = 
𝑉𝐶𝐶 + 𝑉𝐸𝐸 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅
 → 𝑅 = 
12𝑉 + 12𝑉 − 0.7𝑉
1 𝑚𝐴
= 23.3 𝑘Ω (19) 
 
Espelho de corrente de Wilson: 
 
𝑅𝑅𝐸𝐹 = 
𝑉𝐶𝐶+𝑉𝐸𝐸−1.4𝑉
𝐼𝑅𝐸𝐹
 → 𝑅 = 
12𝑉+12𝑉−1.4𝑉
5 𝑚𝐴
= 4.52 𝑘Ω (20) 
 
Os Valores comerciais utilizados no circuito prático foi de 25,2 e 5,1 kΩ. 
24 
 
O circuito implementado no protoboard foi testado antes via software no 
ambiente Multsim 14.0. 
 
Figura 27. Circuito do protoboard. 
 
O circuito implementado na prática no protoboard possui uma eletrônica 
adicional para driblar dificuldades técnicas que existiam nos equipamentos, no 
caso o gerador de função, foi necessário colocar o gerador de funções com uma 
amplitude de 5.0 𝑉𝑝𝑝 e conectar sua saída a um seguidor de tensão e a saída do 
seguidor de tensão a um circuito divisor de tensão para obter os 50 𝑚𝑉𝑝𝑝. 
 
 
Figura 28. Protoboard utilizado na prática. 
25 
 
As formas de onda das tensões e as correntes de polarização obtidos via 
simulação estão nas imagens a seguir. 
 
Figura 29. Formas de onda do sinal de entrada (50 𝑚𝑉𝑝𝑝) e saída (467,45 𝑚𝑉𝑝𝑝) ambas com 1.0 𝑘𝐻𝑧. 
 
 
(a) (b) (c) (d) 
Figura 30. (a) Valores rms de tensão de entrada; (b) Valores rms de tensão de saída; (c) Fonte de corrente 
de 1.0 Ma; (d) Fonte de corrente de 5.0 mA (inferior direita). 
 
Os sinais de entrada e saída obtidos através da prática observados no 
osciloscópio, e as correntes de polarização medidas com multímetro na montagem 
do protoboard, logo abaixo. 
 
Figura 31. Valores rms de tensão de entrada (Canal 1) e de saída (Canal 3). 
26 
 
 
Figura 32. Valores das correntes de polarização: fonte de 1.0 mA (esquerda) , e fonte de 5.0 mA (direita). 
 
A simulação apresenta um ganho diferencial dado por: 
𝐴𝑑 = 
1
2
𝑅𝐶𝐼𝐶
𝑉𝑇
 ≅ 199.08 (Simulação) (21) 
 
Enquanto que o valor prático deve ficar em torno de: 
𝐴𝑑 = 
1
2
𝑅𝐶𝐼𝐶
𝑉𝑇
≅ 236. 37 (Prática) (22) 
 
Fica claro com esses resultados de que a precisão do ganho em malha 
fechada 𝐺, depende exclusivamente da adequada polarização do estágio 
amplificador diferencial e da resistência de coletor desse estágio, logo imprecisões 
na polarização do seguidor de emissor ou alterações de seus parâmetros (estágio 
de saída) não interferem no ganho diferencial 𝐴𝑑 e muito menos no ganho em 
malha fechada 𝐺, determinando o ganho em malha fechada para a simulação e a 
implementação prática, temos que: 
𝐺 = 
𝑣𝑂
𝑣𝐼
 = 
1+𝑅2/𝑅1
1+(1+𝑅2/𝑅1)/𝐴𝑑
 (Simulação) (23) 
 
Para o caso prático o valor do ganho em malha fechada é: 
𝐺 = 
𝑣𝑂
𝑣𝐼
 =
1+𝑅2/𝑅1
1+(1+𝑅2/𝑅1)/𝐴𝑑
 ≅ 9.54 (Prática) (24) 
 
Valores bem próximos dos calculados são obtidos calculando diretamente 
as razões entre as tensões de saída e entrada da simulação e da prática: 
𝐺 = 
𝑣𝑂
𝑣𝐼
 = 9,35 (Simulação) (25) 
 
𝐺 = 
𝑣𝑂
𝑣𝐼
 = 8,20 (Prática) (26) 
27 
 
6. CONCLUSÕES 
 
Em acordo com os tópicos dos resultados apresentados neste relatório sendo 
sempre explicados minuciosamente, foi possível estudar o Amplificador 
Diferencial mostrando os efeitos causados pela assimetria dos TBJ’s que o 
compõem. 
O par diferencial do projeto do amplificador diferencial com um estágio em 
cascata de um seguidor emissor mostra a importância do dimensionamento do 
parâmetro de ganho diferencial do amplificador diferencial e deixa claro que 
manipulando parâmetros como a corrente de polarização ou resistência de coletor 
dessa configuração é possível ajustar o ganho diferencial e obter parâmetros de 
ganho em malha fechada mais próximos do ideal. 
O estágio emissor comum embora não influencie muito diretamente no 
controle do ganho em malha aberta é importante para garantir um ganho quase 
unitário entre a saída do estágio diferencial e a saída do estágio seguidor de 
emissor, sendo, portanto, muito adequado para aplicações em que uma elevada 
resistência de fonte deve ser conectada a uma pequena carga, atuando como um 
isolador. A baixa resistência de saída o torna ideal para utilização em topologias 
com múltiplos estágios onde não se tem o objetivo de obter um ganho de tensão, 
mas dar uma baixa resistência de saída. 
Um último detalhe é o fato de que a máxima excursão do sinal de saída é 
controlada pela polarização e a resistência de carga 𝑅𝐿 deste estágio. 
 
6. REFERËNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Sedra, A. S., and K. Smith. "Microeletrônica (Vol. 5ª Edição)." Editora Pretince 
Hall, 2007. 
 
Boylestad, Robert L., and Louis Nashelsky. Dispositivos eletrônicos e teoria de 
circuitos. Vol. 6. Prentice-Hall do Brasil, 1984.

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