CAP 3 REALIMENTAO TE 054 CIRCUITOS ELETRNICOS LINEARES

CAP. 3 REALIMENTAÇÃO TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 1

INTRODUÇÃO Realimentação: uma “amostra” do sinal de saída é incorporada à entrada Realimentação: Positiva (regenerativa) Negativa (degenerativa) Vantagens da realimentação negativa • Estabilização do ganho • Redução da distorção não linear • Redução do efeito do ruído • Controle das impedâncias de entrada e saída • Extensão da largura de banda Desvantagens da realimentação negativa • Diminuição do ganho • Tendência à oscilação TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 2

3. 1 ESTRUTURA GERAL DA REALIMENTAÇÃO xs + xi A xf xo : fator de realimentação A: ganho do amplificador xi=xs-xf xo=Ax A = ganho de malha xf = xo 1+ A = quantidade de realimentação Af = ganho de malha fechada TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 3

Se A >> 1 Af 1/ O ganho é totalmente determinado pelo de realimentação Se A >> 1 xf xs ( xf é uma réplica de xs. ) TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 4

Zin = ZO=0 Exemplo: i=0 xo i=0 xs RL R 2 xf β= R 1 + R 2 Af = R 1 A A = 1 + Aβ 1 + AR 1 + R 2 xs + - xi A xo xf TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 5

3. 2 ALGUMAS PROPRIEDADES DA REALIMENTAÇÃO NEGATIVA a) Dessensibilidade do ganho Exemplo xs xo xf A=10000 =0. 1 9 R R TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 6

b) Extensão da largura de banda xs A(s) xo R 2 R 1 op amp malha fechada TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES ω3 d. Bf = (1 + A Oβ )ω3 d. B » A Oβω 3 d. B ω3 d. Bf Freqüência de corte do amplificador realimentado ω3 d. B Freqüência de corte do amp. op. 7

c) Redução na distorção Si + S a So Sfb So a 3=0 So 2 a 2 So 1 S inclinação a 1 a 3=0 a 2 -So 1 -So 2 Característica de transferência do amplificador básico TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 8

So Característica de transferência do amplificador básico So 2 A 2 So 1 Si Slope A 1 A 3=0 A 2 A 3=0 -So 1 -So 2 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 9

3. 3 AS QUATRO TOPOLOGIAS BÁSICAS DA REALIMENTAÇÃO a) Realimentação série-paralelo TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES b) Realimentação paralelo-série 10

c) Realimentação série-série TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES d) Realimentação paralelo-paralelo 11

3. 4 AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO SÉRIE-PARALELO Situação ideal TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 12

Situação real: • a malha de realimentação carrega o amplificador básico • a malha de realimentação afeta os valores de A, Ri, , e Ro • considerar o efeito de Rs e RL Problema: Determinar o circuito A e o circuito Parâmetros h são adequados para representar a rede de realimentação pois as variáveis independentes são a corrente de entrada e a tensão de saída TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 13

Parâmetros h I 1 + V 1 - I 2 h 11 h 12 V 2 + h 22 h 21 I 1 V 2 - Nota: h 11: V/A impedância de entrada h 22: A/V admitância de saída h 12: V/V ganho de tensão reverso h 21: A/A ganho de corrente TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 14

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Conclusões: • O efeito de carregamento da malha de realimentação é representado pelos parâmetros h 11 e h 22 Observações: • Ri e Ro são as resistências de entrada e de saída do circuito A • Rif e Rof são as resistências de entrada e de saída do amplificador realimentado incluindo Rs e RL TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 16

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Exemplo TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 18

Exemplo: Determinar a corrente CC em cada TBJ, VO, A, , Af, Rin, Rout 10, 7 V TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 19

3. 5 AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO SÉRIE-SÉRIE Situação ideal TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 20

Situação real Parâmetros z são adequados para representar a rede de realimentação pois as variáveis independentes são a corrente de entrada e a corrente de saída TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 21

Parâmetros z I 1 + V 1 - z 11 z 22 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES z 12 I 2 + z 21 I 1 V 2 - 22

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Conclusões: • O efeito de carregamento da malha de realimentação é representado pelos parâmetros z 11 e z 22 Observações: • Ri e Ro são as resistências de entrada e de saída do circuito A • Rif e Rof são as resistências de entrada e de saída do amplificador realimentado incluindo Rs e RL TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 24

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Exemplo 8. 2 (Sedra) TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 26

3. 6 AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARALELO-PARALELO Situação ideal TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 27

Situação real Parâmetros y são adequados para representar a rede de realimentação pois as variáveis independentes são a tensão de entrada e a tensão de saída TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 28

Parâmetros y I 1 I 2 + V 1 + y 11 - TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES y 22 y 12 V 2 y 21 V 1 V 2 - 29

Conclusões: • O efeito de carregamento da malha de realimentação é representado pelos parâmetros y 11 e y 22 Observações: • Ri e Ro são as resistências de entrada e de saída do circuito A • Rif e Rof são as resistências de entrada e de saída do amplificador realimentado incluindo Rs e RL TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 30

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Exemplo 8. 3 (Sedra): Determinar o ganho de tensão, Rin e Rout. VCC=12 V RC = 4, 7 k RB = 47 k RS = 10 k TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 32

3. 7 AMPLIFICADOR COM REALIMENTAÇÃO PARALELO-SÉRIE Situação ideal TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 33

Situação real Parâmetros g são adequados para representar a rede de realimentação pois as variáveis independentes são a tensão de entrada e a corrente de saída TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 34

Parâmetros g I 1 g 22 + V 1 - g 11 g 12 I 2 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES g 21 V 1 I 2 + V 2 - 35

Conclusões: • O efeito de carregamento da malha de realimentação é representado pelos parâmetros g 11 e g 22 Observações: • Ri e Ro são as resistências de entrada e de saída do circuito A • Rif e Rof são as resistências de entrada e de saída do amplificador realimentado incluindo Rs e RL TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 36

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Exemplo 8. 4 (Sedra): Determinar o ganho de corrente, Rin e Rout. TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 38

Modelo de pequenos sinais Circuito A TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 39

Circuito para determinar Rout TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 40

3. 8 DETERMINAÇÃO DIRETA DO GANHO DE MALHA 1. Zerar a fonte + Vs Vi S A(s) Vo - 3. Inserir uma fonte de teste Vx RL RIS + - b(s) + Vr 2. Abrir o elo de realimentação em um ponto arbitrário - TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES RIS 4. Ligar à saída do elo de realimentação uma impedância igual àquela vista antes de abrir a realimentação 41

Análise TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 42

Exemplo R ID v v. O + A S P R R 2 1 v. O + A R 2 R ID + vr R 1 v x - R 3 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 43

3. 9 ESTABILIDADE Função de transferência de malha fechada Hipóteses: • ganho CC constante • pólos e zeros em altas freqüências • (s) constante em baixas freqüências • A(s) constante e positivo em baixas freqüências TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 44

ANÁLISE EM ALTAS FREQÜÊNCIAS Em regime permanente senoidal Ganho de malha A estabilidade do amplificador realimentado é determinada pelo modo como o ganho de malha varia com a freqüência TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 45

Freqüência na qual a fase é 180º é um número real negativo Realimentação positiva Ainda estável Oscilação sustentada em Oscilação com amplitude crescente TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 46

DIAGRAMA DE NYQUIST Gráfico polar de L(j ) com a freqüência como parâmetro TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 47

3. 10 O EFEITO DA REALIMENTAÇÃO SOBRE OS PÓLOS plano s j j j TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 48

Os pólos de um amplificador realimentado são as raízes de sua equação característica: AMPLIFICADORES COM PÓLO SIMPLES TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 49

Graficamente Lugar das raízes plano s j TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 50

AMPLIFICADORES COM DOIS PÓLOS Equação característica Os pólos de malha fechada são dados por TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 51

Lugar das raízes j Forma da equação característica j 0 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 52

Módulo da resposta em freqüência Q < 0. 5 pólos reais Q = 0. 5 pólos reais e iguais Q > 0. 5 pólos complexos conjugados TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 53

Exemplo 8. 5 (Sedra) TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 54

Lugar das raízes TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 55

AMPLIFICADORES COM TRÊS OU MAIS PÓLOS TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 56

3. 11 ESTABILIDADE USANDO AS CURVAS DE BODE Margens de ganho e de fase TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 57

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3. 12 COMPENSAÇÃO EM FREQÜÊNCIA TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 59