Amplificadores diferenciais e de terminação única

Para facilitar o desenho de diagramas de circuitos complexos, os amplificadores eletrônicos são frequentemente simbolizados por uma forma de triângulo simples, onde os componentes internos não são representados individualmente. Esta simbologia é muito útil para os casos em que a construção de um amplificador é irrelevante para a função maior do circuito geral e é digno de familiarização:


As conexões + V e -V denotam os lados positivo e negativo da fonte de alimentação DC, respectivamente. As conexões de tensão de entrada e saída são mostradas como condutores simples, porque é assumido que todas as tensões de sinal são referenciadas a uma conexão comum no circuito chamado terra . Freqüentemente (mas nem sempre!), Um pólo da fonte de alimentação CC, positivo ou negativo, é o ponto de referência de aterramento. Um circuito amplificador prático (mostrando a fonte de tensão de entrada, resistência de carga e fonte de alimentação) pode ser parecido com este:

Função do circuito amplificador

Sem ter que analisar o projeto real do transistor do amplificador, você pode discernir prontamente a função de todo o circuito:tomar um sinal de entrada (V _em ), amplificá-lo e gerar uma resistência de carga (R _load ) Para completar o esquema acima, seria bom especificar os ganhos desse amplificador (A _V , A _I , A _P ) e o ponto Q (viés) para qualquer análise matemática necessária.

Se for necessário que um amplificador seja capaz de produzir tensão CA verdadeira (invertendo a polaridade) para a carga, uma fonte de alimentação CC dividida pode ser usada, em que o ponto de aterramento é eletricamente “centralizado” entre + V e -V. Às vezes, a configuração da fonte de alimentação dividida é chamada de dupla fonte de energia.


O amplificador ainda está sendo fornecido com 30 volts no total, mas com a fonte de alimentação CC de tensão dividida , a tensão de saída no resistor de carga agora pode oscilar de um máximo teórico de +15 volts a -15 volts, em vez de +30 volts a 0 volts. Esta é uma maneira fácil de obter a saída de corrente alternada (CA) verdadeira de um amplificador sem recorrer ao acoplamento capacitivo ou indutivo (transformador) na saída. A amplitude de pico a pico da saída deste amplificador entre o corte e a saturação permanece inalterada.

Amplificador diferencial

Ao representar um amplificador de transistor dentro de um circuito maior com um símbolo de triângulo, facilitamos a tarefa de estudar e analisar amplificadores e circuitos mais complexos. Um desses tipos de amplificadores mais complexos que estudaremos é chamado de amplificador diferencial . Ao contrário dos amplificadores normais, que amplificam um único sinal de entrada (muitas vezes chamado de terminação única amplificadores), amplificadores diferenciais amplificam a diferença de voltagem entre dois sinais de entrada. Usando o símbolo de amplificador de triângulo simplificado, um amplificador diferencial se parece com isto:



Os dois cabos de entrada podem ser vistos no lado esquerdo do símbolo do amplificador triangular, o cabo de saída no lado direito e os cabos de alimentação + V e -V na parte superior e inferior. Tal como acontece com o outro exemplo, todas as tensões são referenciadas ao ponto de aterramento do circuito. Observe que uma das derivações de entrada está marcada com (-) e a outra com (+). Como um amplificador diferencial amplifica a diferença de voltagem entre as duas entradas, cada entrada influencia a voltagem de saída de maneiras opostas. Considere a seguinte tabela de tensões de entrada / saída para um amplificador diferencial com um ganho de tensão de 4:



Uma tensão cada vez mais positiva na entrada (+) tende a tornar a tensão de saída mais positiva, e uma tensão cada vez mais positiva na entrada (-) tende a tornar a tensão de saída mais negativa. Da mesma forma, uma tensão cada vez mais negativa na entrada (+) tende a impulsionar a saída negativa também, e uma tensão cada vez mais negativa na entrada (-) faz exatamente o oposto. Por causa dessa relação entre as entradas e as polaridades, a entrada (-) é comumente referida como o inversor entrada e o (+) como o não inversor entrada. Pode ser útil pensar em um amplificador diferencial como uma fonte de tensão variável controlada por um voltímetro sensível, como tal:



Tenha em mente que a ilustração acima é apenas um modelo para ajudar na compreensão do comportamento de um amplificador diferencial. Não é um esquema realista de seu projeto real. O símbolo “G” representa um galvanômetro, um movimento de voltímetro sensível. O potenciômetro conectado entre + V e -V fornece uma tensão variável no pino de saída (com referência a um lado da fonte de alimentação CC), essa tensão variável definida pela leitura do galvanômetro. Deve ser entendido que qualquer carga alimentada pela saída de um amplificador diferencial obtém sua corrente da fonte de alimentação DC (bateria), não do sinal de entrada. O sinal de entrada (para o galvanômetro) meramente controla a saída. Este conceito pode, a princípio, ser confuso para alunos novos em amplificadores. Com todas essas polaridades e marcações de polaridade (- e +) ao redor, é fácil se confundir e não saber qual será a saída de um amplificador diferencial. Para resolver essa confusão potencial, aqui está uma regra simples para lembrar:

Relação de polaridade de entrada e saída

Quando a polaridade do diferencial a tensão coincide com as marcações para entradas de inversão e não inversão, a saída será positiva. Quando a polaridade da tensão diferencial entra em conflito com as marcações de entrada, a saída será negativa. Isso tem alguma semelhança com o sinal matemático exibido por voltímetros digitais com base na polaridade da tensão de entrada. O cabo de teste vermelho do voltímetro (muitas vezes chamado de cabo "positivo" por causa da associação popular do vermelho com o lado positivo de uma fonte de alimentação na fiação eletrônica) é mais positivo do que o preto, o medidor exibirá um valor de tensão positivo, e vice versa:



Assim como um voltímetro exibirá apenas a tensão entre seus dois cabos de teste, um amplificador diferencial ideal, apenas amplifica a diferença de potencial entre suas duas conexões de entrada, não a tensão entre qualquer uma dessas conexões e o aterramento. A polaridade de saída de um amplificador diferencial, assim como a indicação sinalizada de um voltímetro digital, depende das polaridades relativas da tensão diferencial entre as duas conexões de entrada.

Usos do amplificador diferencial

Se as tensões de entrada para este amplificador representassem grandezas matemáticas (como é o caso nos circuitos analógicos do computador) ou medições do processo físico (como é o caso nos circuitos eletrônicos de instrumentação analógicos), você pode ver como um dispositivo como um amplificador diferencial poderia ser muito útil. Poderíamos usá-lo para comparar duas quantidades para ver qual é maior (pela polaridade da tensão de saída), ou talvez pudéssemos comparar a diferença entre duas quantidades (como o nível de líquido em dois tanques) e sinalizar um alarme (com base no valor absoluto da saída do amplificador) se a diferença se tornar muito grande. Em circuitos básicos de controle automático, a quantidade sendo controlada (chamada de variável de processo ) é comparado com um valor alvo (chamado de ponto de ajuste ), e as decisões sobre como agir são tomadas com base na discrepância entre esses dois valores. O primeiro passo para controlar eletronicamente tal esquema é amplificar a diferença entre a variável de processo e o ponto de ajuste com um amplificador diferencial. Em projetos de controlador simples, a saída deste amplificador diferencial pode ser utilizada diretamente para acionar o elemento de controle final (como uma válvula) e manter o processo razoavelmente próximo do ponto de ajuste.

REVER:

• Um símbolo “abreviado” para um amplificador eletrônico é um triângulo, a extremidade larga significa o lado da entrada e a extremidade estreita significa a saída. As linhas de fonte de alimentação são freqüentemente omitidas no desenho para simplificar.
• Para facilitar a verdadeira saída CA de um amplificador, podemos usar o que é chamado de divisão ou dual fonte de alimentação, com duas fontes de tensão DC conectadas em série com o ponto médio aterrado, dando uma tensão positiva para o terra (+ V) e uma tensão negativa para o terra (-V). Fontes de alimentação divididas como esta são freqüentemente usadas em circuitos de amplificador diferencial.
• A maioria dos amplificadores possui uma entrada e uma saída. Amplificadores diferenciais têm duas entradas e uma saída, o sinal de saída sendo proporcional à diferença de sinais entre as duas entradas.
• A saída de tensão de um amplificador diferencial é determinada pela seguinte equação:V _out =A _V (V _noninv - V _inv )

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de amplificadores operacionais básicos