Relatório de Eletrônica III

[pic 1]Figura 1: Circuito a ser projetado.

1. Objetivo

Este trabalho tem como objetivo o projeto de um amplificador diferencial básico com excursão de modo diferencial simétrica máxima. O circuito para o amplificador em questão está apresentado na Figura 1 e deve atender as seguintes especificações:

[pic 2]

[pic 3]

1. Introdução

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 02., que é uma configuração de uso extremamente comum em unidades de Circuitos Integrados (CI).

[pic 4]

Figura 2: Circuito Amplificador diferencial.

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 aplica do a ambas entradas.

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.  

1. Desenvolvimento de Projeto

        O circuito a ser projetado tem a forma do circuito mostrado na figura 1. Para realizarmos os corretos dimensionamentos, precisamos fazer uma análise DC e AC deste circuito de forma a respeitar as especificações do projeto que são: 20 <= |Ad| <= 40, |Ac| < 1 e excursão de modo diferencial simétrica e maior possível.

        3.1. Análise DC

Da análise DC do circuito através da malha de saída do transistor, obtemos a seguinte equação para  e :[pic 5][pic 6]

[pic 7]

        Para o cálculo de  a partir do divisor de tensão da base, utilizamos o teorema de Thévenin para chegarmos à seguinte relação:[pic 8]

[pic 9]

        3.2. Análise AC

        

Do estudo em sala de aula, temos a relação

[pic 10]

Onde  e . Assim, de acordo com a equação acima, para o cálculo de  utilizaremos , enquanto para o cálculo de  usaremos .[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

        Realizando a análise do circuito, obtemos então as seguintes relações:

[pic 17]

[pic 18]

        3.3. Excursão simétrica de sinal

        Para a excursão simétrica do sinal, , portanto:[pic 19]

[pic 20]

3.4. Escolha dos valores de resistência

        Para então realizarmos as escolhas dos resistores, arbitramos valores para , ,  e , segundo a tabela abaixo:[pic 21][pic 22][pic 23][pic 24]

[pic 25]	6mA
[pic 26]	30
[pic 27]	0,3
[pic 28]	1,2kΩ

        Então, colocamos as equações no Microsoft Excel 2016 para verificarmos para quais valores comerciais de  chegaríamos a esses valores.[pic 29]

        Com isso, encontramos os seguintes valores:

[pic 30]	18kΩ
[pic 31]	6,8kΩ
[pic 32]	1,2kΩ
[pic 33]	820Ω

        

1. Recálculo

Utilizando os valores de resistência comerciais, realizamos o recálculo utilizando as equações descritas anteriormente neste documento para obtermos os valores teóricos do nosso projeto:

[pic 34]	4,68 V
[pic 35]	4,68 V
[pic 36]	6 mA
[pic 37]	6 mA
[pic 38]	30
[pic 39]	0,3
[pic 40]	2,92 V
[pic 41]	-4,68 V
[pic 42]	820 Ω

1. Medidas

A partir da simulação e dos dados coletados em laboratório, montamos a seguinte tabela comparativa a seguir:

	Recalculados	Simulados	Experimentais
[pic 43]	4,68 V	4,43 V	4,158 V
[pic 44]	4,68 V	4,43 V	4,765 V
[pic 45]	6 mA	6,07 mA	6,47 mA
[pic 46]	6 mA	6,07 mA	5,9 mA
[pic 47]	30	35,67	38,47
[pic 48]	0,3	0,22	0,3
[pic 49]	2,92 V	2,927 V	2,6 V
[pic 50]	-4,68 V	-2,643 V	-2,4 V
[pic 51]	820 Ω		833 Ω

1. Cálculo de erro e justificativa das diferenças encontradas

Usamos para calcular o erro a seguinte equação: