Apresentação do PowerPoint · transistores complementares (npn e pnp) •Utiliza um transistor...
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ELETRÔNICA
AULA 13
• Transistores: configurações compostas
Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino
Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino - 2015
CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS
• Conexão em cascata
• Conexão cascode
• Conexão Darlington
• Par realimentado
• Circuito CMOS
• Fonte de corrente
• Espelho de corrente
• Par diferencial
• Par diferencial com carga ativa
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CONEXÃO CASCATA
• Uma conexão em cascata é uma conexão em série• A saída de um amplificador é a entrada para o próximo amplificador
• O ganho total de tensão é o produto dos ganhos de cada estágio
- Os cálculos da CC são independentes da cascata
- Os circuitos de polarização cc são isolados uns dos outros por capacitores de acoplamento
- Os cálculos da CA para ganho e impedância são interdependentes
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CONEXÃO CASCODE
• Oferece uma alta impedância de entrada, com baixo ganho de tensão e uma baixa impedância de saída.
• Baixo ganho de tensão
- Estágio emissor-comum alimentando um estágio base-comum
- O estágio base-comum oferece uma boa operação em alta frequência
- Apropriada para aplicações de alta frequência, Pois o baixo ganho de tensão do estágio de entrada reduz a capacitância Miller de entrada
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CONEXÃO DARLINGTON • É constituída por dois transistores conectados
como um super transistor, que fornece um ganho de corrente muito alto e alta impedância de entrada.
• Os transistores atuam como um só, com um ganho de corrente que é o produto dos ganhos de corrente dos transistores individuais
• 𝛽𝐷 = 𝛽1. 𝛽2• Características
• Alto ganho de corrente
• Ganho de tensão próximo da unidade
• Importância prática: alta impedância de entrada
• Baixa impedância de saída
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PAR REALIMENTADO (Quasi-Darlington)
• É um circuito com dois transistores com características similares ao par Darlington, mas ao invés de um par de transistores, usa transistores complementares (npn e pnp)
• Utiliza um transistor pnp acionando um transistor npn, e os dois dispositivos atuam efetivamente como um transistor pnp.
• Fornece um ganho de corrente muito alto
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CMOS• MOSFET complementar
• Funciona como inversor lógico
• É um circuito construído com transistores MOSFET tipo intensificação de tipos opostos (canal n e canal p)
• Comum em circuitos digitais: Baixo consumo de energia
• A entrada Vi é aplicada a ambas as portas com a saída tomada dos drenos conectados
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FONTE DE CORRENTE
• Uma fonte de corrente ideal fornece uma corrente constante, qualquer que seja a carga conectada a ela.
• Uma fonte de corrente real é uma fonte de corrente em paralelo com uma resistência muito grande.
• Em uma fonte de corrente ideal R = ∞
• Podem ser construídas utilizando BJT e/ou FET
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ESPELHO DE CORRENTE
• Fornece uma corrente constante
• Utilizado principalmente em circuitos integrados
• A corrente constante é obtida através de uma corrente de saída que é o reflexo ou o espelho de uma corrente desenvolvida sobre um lado do circuito.
• A corrente Ix, estabelecida pelo transistor Q1e pelo resistor Rx, é refletida na corrente I através do transistor Q2.
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PAR DIFERENCIAL• O amplificador diferencial é o bloco de construção mais
utilizado nos CIs analógicos. O estágio de entrada de cada ampop é um amplificador diferencial.
• O amplificador diferencial com BJT é a base de uma família de circuitos lógicos de velocidade muito alta (ECL)
• CONFIGURAÇÃO BÁSICA:• Duas entradas e duas saídas separadas• Dois transistores casados, com dois estágios emissor-comum
simétricos fornecem dois nós de saída, cuja diferença de tensão permanece livre do ripple de alimentação.
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PAR DIFERENCIAL
VANTAGENS DOS CIRCUITOS DIFERENCIAIS:
• possuem maior imunidade a ruído ambiente e interferências quando comparado à circuitos simples
• tem uma melhor rejeição a ruído da fonte
• tem maior excursão de saída (duas vezes maior que o circuito simples) e maior relação sinal ruído (maior que 3 dB)
• possuem menos (idealmente nenhuma) distorção de ordem par.
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PAR DIFERENCIAL• DISCUSSÃO INICIAL
• Em um amplificador de áudio o ripple causa um chiado.
• Ruído de ripple: uma variação em VCC aparece em Vout, pois Vout e VCC são medidos em relação à terra e diferem por RCIC.
• Solução: No circuito diferencial, Vout deixa de ser medido em relação a terra e passa a ser medido em relação a outro ponto igualmente sujeito ao ripple de entrada, Vo1 e Vo2.
• Vo1 e Vo2 são afetados pelo ripple exatamente da mesma forma, de maneira que a diferença entre eles permanece livre do ripple.
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PAR DIFERENCIAL• Par diferencial que amostra ruído 𝑉𝐶𝑀de entrada
𝑉1 = 𝑉0 sin𝜔𝑡 + 𝑉𝐶𝑀𝑉2 = −𝑉0 sin𝜔𝑡 + 𝑉𝐶𝑀
𝑉𝐶𝑀 nível de modo comum: na ausência de sinais diferenciais, os dois nós permanecem em um potencial igual a 𝑉𝐶𝑀 em relação à terra global.
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PAR DIFERENCIAL
• Sinal de um terminal: • é um sinal medido em relação à
terra comum.
• Conduzido por uma linha
• Sinal diferencial:• medido entre dois nós que têm
excursões iguais e opostas
• Conduzido por duas linhas
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PAR DIFERENCIALMODOS DE OPERAÇÃO:
1) Entrada simples: • um sinal de entrada é aplicado a uma das entradas com a outra
conectada ao terra
• Devido à conexão emissor-comum, o sinal de entrada aciona ambos os transistores, resultando na saída em ambos os coletores.
• 𝑉𝑖1=𝑉0 sin𝜔𝑡,
• 𝑉𝑖2 = 0𝑉
• 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣𝑉𝑖1+𝑉𝑟,
• 𝑉𝑜2 = 𝑉𝑟
• 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 𝐴𝑣𝑉𝑖1
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PAR DIFERENCIAL2) Entrada dupla:
• dois sinais de entrada de polaridades opostas são aplicados
• A diferença das entradas resulta em saídas em ambos os coletores por causa da diferenças dos sinais aplicados a ambas as entradas
• Provê o dobro da excursão de saída da entrada simples, pois explora a capacidade de amplificação do estágio duplicado.
• 𝑉𝑖1 = 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉0 sin𝜔𝑡 ,
• 𝑉𝑖2 = −𝑉𝑖𝑛 = −𝑉0 sin𝜔𝑡
• 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑟,
• 𝑉𝑜2 = −𝐴𝑣𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑟
• 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 2𝐴𝑣𝑉𝑖𝑛
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PAR DIFERENCIAL3) Modo-comum:
• o mesmo sinal de entrada é aplicado a ambas as entradas
• 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, o resultado é um pequeno sinal
• 𝑉𝑖1 = 𝑉𝑖2 = 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉0 sin𝜔𝑡
• 𝑉𝑜1 = 𝐴𝑣𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑟,
• 𝑉𝑜2 = 𝐴𝑣𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑟
• 𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 0
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PAR DIFERENCIAL• Principais características:
• Sinais que são opostos nas entradas são altamente amplificados• ganho muito grande quando sinais opostos são aplicados às entradas
• Sinais que são comuns nas entradas são ligeiramente amplificados• Ganho muito pequeno resultante de entradas comuns
• Ou seja, amplifica o sinal diferencial e rejeita o sinal comum às entradas
• Se o circuito apresenta assimetrias e saída diferencial será corrompida
• Rejeição de modo comum: • razão entre o ganho diferencial e o ganho de modo-comum
• O ruído (ou qualquer sinal de entrada não desejado) costuma ser comum a ambas as entradas, a conexão diferencial tende a atenuar essa entrada indesejada, enquanto fornece uma saída amplificada do sinal diferencial aplicado às entradas
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PAR DIFERENCIAL• POLARIZAÇÃO CC:
• Com entradas CA obtidas das fontes de tensão, a tensão CC em cada entrada está essencialmente conectada a 0V
• 𝐼𝐸′ =
𝑉𝐸−(−𝑉𝐸𝐸)
𝑅𝐸
• 𝑉𝐸 = −𝑉𝐵𝐸
• 𝐼𝐸′ =
𝑉𝐸𝐸−𝑉𝐵𝐸
𝑅𝐸
• Supondo transistores casados:
• 𝐼𝐶1 = 𝐼𝐶2 =𝐼𝐸′
2
• Assim:
• 𝑉𝐶1 = 𝑉𝐶2 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 −𝐼𝐸′
2𝑅𝐶
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CIRCUITO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL• Operação CA:
X
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PAR DIFERENCIAL
• Equivalente CA de um amplificador diferencial
X
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PAR DIFERENCIAL• OPERAÇÃO CA:
• Ganhos de tensão: Um bom amplificador diferencial apresenta um ganho diferencial muito grande 𝐴𝑑, que é muito maior do que o ganho de modo-comum 𝐴𝑐.
• Ganho de tensão CA com entrada simples: 𝐴𝑉 =𝑉𝑜
𝑉𝑖=
𝑅𝑐
2𝑟𝑒
• Ganho de tensão CA com entrada dupla: 𝐴𝑑 =𝑉𝑜
𝑉𝑑=
𝑅𝑐
𝑟𝑒• 𝑉𝑑 = 𝑉𝑖1 − 𝑉𝑖2• Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas
• Ganho de tensão CA em modo-comum: 𝐴𝑐 =𝑉𝑜
𝑉𝑖=
𝛽𝑅𝑐
𝑟𝑖+2(𝛽+1)𝑅𝐸• Fornece uma pequena amplificação do sinal comum a ambas as entradas
• A capacidade de rejeição de modo-comum do circuito pode ser consideravelmente melhorada fazendo-se o ganho de modo-comum, 𝐴𝑐, o menor possível (idealmente 0). Quanto maior for 𝑅𝐸 menor será 𝐴𝑐.
• Um método comum de aumentar o valor CA de 𝑅𝐸 é utilizar um circuito de fonte de corrente constante entre o emissor-comum e o terra CA.• Melhoramento: impedância CA muito maior para 𝑅𝐸 obtida pelo uso da fonte de corrente constante.
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PAR DIFERENCIAL• Ganho de tensão CA com saída simples
• Transistores bem casados (simétricos):• 𝐼𝑏1 = 𝐼𝑏2 = 𝐼𝑏
• 𝑟𝑖1 = 𝑟𝑖2 = 𝑟𝑖 = 𝛽𝑟𝑒
• Com 𝑅𝐸 ≅ ∞
• 𝑉𝑖 − 𝐼𝑏𝑟𝑖 − 𝐼𝑏𝑟𝑖 = 0
• 𝐼𝑏 =𝑉𝑖
2𝑟𝑖=
𝑉𝑖
2𝛽𝑟𝑒
• 𝐼𝑐 = 𝛽𝐼𝑏 𝐼𝑐 =𝑉𝑖
2𝑟𝑒
• Tensão de saída em cada coletor:• 𝑉𝑂 = 𝐼𝑐𝑅𝑐
• Ganho de tensão com entrada simples em cada coletor:
• 𝐴𝑉 =𝑉𝑜
𝑉𝑖=
𝑅𝑐
2𝑟𝑒
X
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PAR DIFERENCIAL• Ganho de tensão CA com saída dupla
• (sinais aplicados a ambas as entradas)
• 𝐴𝑑 =𝑉𝑜
𝑉𝑑=
𝑅𝑐
𝑟𝑒
• Sendo 𝑉𝑑 = 𝑉𝑖1 − 𝑉𝑖2
• Fornece grande amplificação sobre a diferença dos sinais aplicada a ambas as entradas
X
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PAR DIFERENCIAL
• Operação em modo-comum
• 𝐼𝑏 =𝑉𝑖
𝑟𝑖+2(𝛽+1)𝑅𝐸
• 𝑉𝑂 = 𝐼𝑐𝑅𝑐 = 𝛽𝐼𝑏𝑅𝑐
• 𝐴𝑐 =𝑉𝑜
𝑉𝑖=
𝛽𝑅𝑐
𝑟𝑖+2(𝛽+1)𝑅𝐸
• Fornece uma pequena amplificação do sinal comum a ambas as entradas
X
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PAR DIFERENCIAL COM CARGA ATIVA
• Permite que os circuitos internos de um amplificador operacional convertam uma entrada diferencial em uma saída de um terminal.
• Dispositivos ativos (transistores) ocupam uma área de silício muito menor do que os resistores de valores altos e médios. Por isso, muitos amplificadores em CIs com BJT usam cargas com BJT no lugar de cargas resistivas, RC.
• Nesses circuitos, o transitor BJT como carga é usualmente conectado como fonte de corrente constante e, portanto, apresenta o transistor amplificador com uma resistência de carga muito alta (a resistência de saída da fonte de corrente)
• Assim, o amplificador que utiliza cargas ativas pode ter ganhos de tensão maiores do que aqueles que utilizam cargas passivas (resistivas)
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BIBLIOGRAFIA
• BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, 2005.
• SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2000.
• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.
• MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.