Amplificador Diferencial Parte 2

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Amplificadores Diferenciais – Parte 2
Eletrônica Analógica 2
Gustavo Brito de Lima
Faculdade de Engenharia Elétrica
Universidade Federal de Uberlândia
Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
Disciplina – Eletrônica Analógica II
Introdução – Conceitos e características importantes referente a amplificadores operacionais
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Tópicos Abordados nesta aula
Características de entrada do amplificador diferencial
Ganho em modo comum
Espelho de corrente
O amplificador diferencial alimentando uma carga
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Disciplina – Eletrônica Analógica II
Análise CA
Análise CC
Resumo da aula anterior
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Resumo da aula anterior
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O amplificador diferencial é o primeiro estágio de um amplificador operacional (Amp. Op.) 
 
Dessa forma as características de entrada do Amp. Op. são essencialmente determinadas pelo amplificador diferencial.
Características de Entrada de um Amplificador Operacional
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Características de Entrada de um Amplificador Operacional
As principais características de entrada de um Amp. Op são:
Corrente de polarização de entrada (input bias current);
Corrente de offset de entrada (input offset current);
Tensão de offset de entrada (input offset voltage).
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O βCC de cada transistor é ligeiramente diferente. Dessa forma as correntes de polarização de cada transistor serão diferentes.
A corrente de polarização de entrada (Iin(bias)) é dada por:
 Exemplo: Se IB1 = 90 nA e IB2 = 70 nA Iin(bias) será 80 nA.
1) Corrente de polarização de entrada
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A corrente de offset (Iin(off)) de entrada é dada por:
 Essa corrente indica o quanto os transitor estão “casados”.
Se eles forem exatamente iguais a corrente Iin(off) será nula.
Exemplo: Se IB1 = 90 nA e IB2 = 70 nA Iin(off) será 20 nA.
2) Corrente de offset de entrada
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As folhas de dados dos dispositivos normalmente fornecem Iin(bias) e Iin(off). 
Através das equações fornecidas é possível determinar IB1 e IB2:
Corrente de polarização e de offset
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Corrente de polarização e de offset
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Alguns amplificadores diferenciais operam apenas com uma resistência de base.
Nesse caso a tensão de entrada é dada por:
Exemplo, se Iin(bias) = 80 nA e Iin(off) = 20 nA, qual a tensão de erro se RB = 1 kΩ.
Efeito das correntes de polarização e de offset
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Para reduzir o erro de tensão normalmente é utilizado um resistor de base conectado na outra entrada:
Nesse caso a tensão de entrada é dada por:
Normalmente Iin(off) é 25% de Iin(bias). 
Exemplo, se Iin(bias) = 80 nA e Iin(off) = 20 nA, qual a tensão de erro se RB = 1 kΩ.
Efeito das correntes de polarização e de offset
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A tensão de offset de entrada é resultante de 
Diferenças de resistor de coletor
Diferença na curva Vbe dos transistors
Ela é obtida aterrando as bases dos transitors e medindo a tensão de saída.
 
3) Tensão de offset de entrada
Exemplo
Qual a tensão de offset de entrada se a tensão de saída for 0,6 V e o ganho for 300.
Solução:
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Ao combinar os efeitos das correntes de polarização, offset e a tensão de offset tem-se o erro combinado:
Normalmente a tensão de erro é pequena e pode ser ignorada.
Efeitos Combinados
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Quando não for possível ignorar pode-se fazer RB1=RB2
Efeitos Combinados
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Exemplo resolvido
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Exemplo resolvido
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Exemplo resolvido
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Exemplo resolvido
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Se o mesmo sinal de entrada for aplicado à porta inversora e não inversora o sinal de saída (diferencial ou não) deverá ser zero.
No entanto, como os elementos não são perfeitamente simétricos haverá uma pequena tensão CA na saída.
O motivo desta discussão é que a maioria dos ruídos são comuns às duas entradas.
Ganho em Modo Comum (CMRR)
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Considerando uma saída simples, o circuito pode ser rearranjado:
Ganho em Modo Comum (CMRR)
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Considerando uma saída simples, o circuito pode ser rearranjado:
Ganho em Modo Comum (CMRR)
Pequena corrente circulante
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Como RE é muito maior que r’e. Dedução na pasta Material para Slides
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O ganho em modo comum (common-mode rejection ration – CMRR) é calculado por:
 
 Onde Av é o ganho diferencial e Av(CM) é o ganho em modo comum.
Ganho em Modo Comum (CMRR)
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Dedução na pasta Material para Slides
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Exemplo resolvido
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Exemplo resolvido
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Exemplo resolvido
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Espelho de Corrente
Utilizado para gerar corrente de source para amplificadores diferenciais.
Vantagens:
Aumenta o ganho de tensão (Av) 
Aumenta o CMRR.
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Espelho de Corrente
Vcc
VR
VBE
VBE
Desde que a curva do diodo seja igual à curva do diodo de corpo do transitor, a corrente IR = IC.
IR
IC
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Espelho de Corrente
Com a utilização do espelho de corrente garante-se que a corrente de emissor do amplificador diferencial seja controlada por R.
Nesse caso Q3 opera como uma carga ativa, possuindo uma resistência efetiva na ordem de Mega Ohms, o que diminui o ganho em modo comum
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Espelho de Corrente
O espelho de corrente tambémpode ser utilizado no lugar de Rc, o que incrementa o ganho diferencial.
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Espelho de Corrente
i
i*4
i
iB
iB
4*iB
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O Amp. Dif. com carga
Nas discussões anteriores o amplificador diferencial foi analisado sem carga conectada na saída.
O método mais simples de solucionar é pelo Teorema de Thévenin.
Desconectar a carga e calculary VTH
Curto-circuitar as fontes de tensão, abrir as fontes de corrente e calcular a resistência equivalente (RTH)
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O Amp. Dif. com carga
vth = vout = Rc/re’
Rth = 2RC
vth = vout Rc/2re’
Rth = RC
Saida Diferencial
Saída Simples
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O Amp. Dif. com carga
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O Amp. Dif. com carga
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Projete um circuito eletrônico para adequar um sinal proveniente de um microfone (valor de pico máximo de 10 mV) a ser aplicado a um processador digital, para posterior tratamento digital. Para garantir uma melhor resolução na conversão, o circuito eletrônico deve gerar um sinal de tensão que excursione exatamente nos limites do conversor analógico do microprocessador (0 a 5 V).
Desafio
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10 mV
5 V
2.5 V
Amplificador Diferencial
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Próxima Aula
O amplificador operacional
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Referências desta aula
Complementar
Avançada
Básica
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