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AULA 5- REALIMENTAÇÃO POSITIVA
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA 2– ET74BC
Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes
Curitiba, 06 de setembro 2016.
Amp-Op com realimentação positiva:COMPARADOR REGENERATIVO
6 Set 16 2Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
“as propriedade do Curto Circuito Virtual (CCV)
NÃO são válidas”
Nesta forma de operação, o AmpOp é denominado como comparador REGENERATIVO.
Significado:
COMPARADOR: propriedade do ganho → ∞
REGENERATIVO: a realimentação soma-se ao sinal de entrada
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INTRODUÇÃO
6 Set 16 3Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Conhecido nas aplicações como Schmitt Trigger (ST).
Neste modo de operação o componente caracteriza-se por apresentar dois níveis de disparo:
I) Disparo InferiorVDI = tensão de disparo inferior
ou VLT= low threshold voltage
II) Disparo SuperiorVDS = tensão de disparo superior
ouVHT= high threshold voltage
VDI VDS Vin
Vout
Símbolo ST
Laço de histerese
Histerese=atraso
CARACTERÍSTICAS
6 Set 16 4Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Arquitetura que combina a capacidade do AmpOp de comparar um sinal de entrada com uma referência e a realimentação positiva.
Usado para manter o sinal de saída após a tensão de entrada ter atingido um certo nível de tensão.
O seu funcionamento apresenta um retardo (atraso) em sua reação, que é denominada de histerese.
Um circuito possui a característica de histerese quando o mesmo apresenta um atraso na mudança do seu estado de saída (efeito), apesar das condições de entrada (causas) haverem sido alteradas.
Uma das principais aplicações está em inibir o disparo de circuitos digitais devido a presença de ruídos.
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COMPARADOR INVERSOR REGENERATIVO
6 Set 16 5Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Vi
Vo
histeresetensãoV
VsatRR
RV
VsatRR
RV
H
DI
DS
21
1
21
1
SENTIDO DA HISTERSE DO COMPARADOR INVERSOR REGENERATIVO:
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Para caracterizar o sentido do caminho do laço de histerese:
1-Verificar qual é o terminal em que Vin está conectado Este
terminal define o tipo do comparador regenerativo:
2-Estabeleço a analogia com o comparador original, ou seja, sem realimentação para definir a função que estabelece o Vout. Use Vref=0V;
COMPARADOR INVERSOR REGENERATIVO
0
0
VinseVsat
VinseVsatVO
Vin
Vout
+Vsat
-Vsat
VDI VDS3-Traçar a característica de transferência;
4-Calcular os valores de VDS e VDI;
5-Desenhar o laço de histerese;
6-O sentido do laço decorre do atraso na mudança no comportamento da tensão de saída que ocorrerá no próximo valor de disparo.
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REVENDO O COMPARADOR INVERSOR REGENERATIVO
6 Set 16 7Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Vi
Vo
histeresetensãoV
VsatRR
RV
VsatRR
RV
H
DI
DS
21
1
21
1
COMPARADOR NÃO INVERSOR REGENERATIVO
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VsatR
RV
VsatR
RV
DI
DS
2
1
2
1
Vi
Vo
VDS
VDI
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EXERCÍCIOS
6 Set 16 9Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
1) Um AmpOp opera como comparador inversor regenerativo, em que R1=10k e R2=47k . Está alimentado com 15V. Admitir queda interna de 1,5V.
a. Calcule a tensão de disparo superior e inferior (+2,37V e -2,37V)b. Calcule a margem da tensão de histerese (4,74V)c. Supondo que Vi seja uma senóide de 5Vp, desenhe a forma de onda resultante.
2) Repita o exercício anterior porém para um comparador não inversor regenerativo. (2,87V; 5,7V)
3)O AmpOp a seguir está alimentado com 8V e
a queda de tensão interna máxima é de 1V
Os resistores têm os seguintes valores: R=
10k R1=10k R2=40k.
O sinal de entrada é indicado na tela do scope .
Vin CH1 em 2V/div
Vout CH2 em 10V/div
Exercício do roteiro 3
6 Set 16 10Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
AmpOp com realimentação negativa na configuração inversor:AmpOp com realimentação negativa na configuração inversor:
VinRin
RfVOut
VinRntc
RptcVout
RptcT º
RptcT º
Portanto se a temperatura aumentar a relação Rptc/Rntc aumenta em módulo, porém no sentido negativo. Este potencial negativo polariza reversamente o terminal de porta do MOSFET, limitando a intensidade da corrente que circula pelo motor. Esta sequência de ações restringe o aumento da temperatura que possa estar sendo causado pelo aumento da corrente.
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REVISÃO MOSFET: CURVAS
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VGS< 0V e VDS= VDD > 0V:
2
1
p
GSDSSD
V
VIIEquação de Shockley:
Curva de TransferênciaID=f(VGS)
Curva Característica (família) – ID=f(VDS)
TOPOLOGIAS DE REALIMENTAÇÃO
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1)
REALIMENTAÇÃO EM TENSÃO (SÉRIE)AMOSTRAGEM EM TENSÃO (PARALELO)AMPLIFICADOR DE TENSÃO
a
r
2)
a
r
REALIMENTAÇÃO EM CORRENTE (PARALELO)AMOSTRAGEM EM TENSÃO (PARALELO)AMPLIFICADOR DE TRANSRESISTÊNCIA
a3)
4)
REALIMENTAÇÃO EM TENSÃO (SÉRIE)AMOSTRAGEM EM CORRENTE (SÉRIE)AMPLIFICADOR DE TRANSCONDUTÂNCIA (GM)
REALIMENTAÇÃO EM CORRENTE (PARALELO)AMOSTRAGEM EM CORRENTE (SÉRIE)AMPLIFICADOR DE CORRENTE
a
r
r
a
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IDENTIFICAÇÃO DAS TOPOLOGIAS
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Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
a) Realimentação (Mistura)a.1) Realimentação derivação: conexões da rede de realimentação no terminal de entrada do primeiro dispositivo ativo no amplificador, ou seja, se o elemento de realimentação está em paralelo com a entrada.• Na base do TJB para o 1º estágio emissor comum (EC) ou coletor comum (CC);• No emissor do TJB para o 1º estágio CC;• Na porta (gate) do JFET para fonte (source) comum (SC) ou dreno comum (DC), 1º estágio;• Na fonte (source) do FET para g
a.2) Realimentação série: se realimentação em série com vbe (TJB) ou vgs (FET) e com o sinal de entrada. Em resumo, se o elemento de realimentação está em série com a entrada.
b) Amostragemb.1) amostragem derivação: se a quantidade de realimentação cessa para carga em curto, neste caso tensão deve ser amostrada.
b.2) amostragem série :se a quantidade de realimentação cessa para coletor ou dreno em aberto, neste caso corrente deve ser amostrada.
EXEMPLO 1
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Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
1)
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EXEMPLO 2
6 Set 16 15Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
2)
Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
EXEMPLO 3
6 Set 16 16Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
3)
Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
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EXEMPLO 4
6 Set 16 17Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
4)
a)Como ocorre a realimentação?
EXEMPLO 5
6 Set 16 18Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Créditos: Prof. Flavio Alencar Rego Barros
5)
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EXEMPLO 18.3 Boylestad p. 533
6 Set 16 19Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
EXEMPLO 18.3 Boylestad p. 533
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SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
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CIRCUITO do JFET ELEMENTAR: Características básicas do JFET:-Tensão entre porta e fonte (VGS) controla corrente de dreno (Id). 2
1
P
GSDSSD
V
VII
Equação de Shockley
VDD
Vs
RD
Ro
CD
Id
Is
Ig
Idss e Vp (VGSoff) são parâmetros do datasheet.
- A corrente de porta (Ig) 0- A corrente Is Id
A tensão VGS deve polarizar reversamente a junção dreno-porta.
VDD
Vs
RD
Ro
CD
Id
IgR1
R2
SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
22
G D
S
RLGSmVg
0GI
SD II
inZ
1.1-Modelo elétrico do JFET
gm transcondutânciaparâmetro do datasheet indicado por yfs .
O ganho do circuito sem realimentação é calculado por :
Vin
Vouta
6 Set 16 Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
Sequência para a determinação do ganho com realimentação:
ar
aAf
1
Ganho sem realimentação
Fator de realimentação
1º-Cálculo de ‘a’ =Vout/Vin1.1-Modelo elétrico do JFET ;1.2-Análise CA em que os capacitores são curto circuito, fontes de tensão=curto, fonte de corrente =circuito aberto;1.3-Avaliar o valor da Zequivalente;1.4-Cálculo da tensão de saída;1.5-Cálculo do ganho ‘a’
2º-Análise do circuito realimentado2.1-Identificar e calcular na realimentação a variável de saída e de entrada;2.2-Calcular o fator de realimentação ‘r’;2.3-Considerar sinal ‘-’ da realimentação no cálculo do ganho.
O valor de Vout Lgsm RVgVout
O valor de Vin Vgs
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SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
6 Set 16 23Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
1.3-O cálculo de RL:
kkkRL 510//10
1.4-O valor de Vout:
Lgsm RVgVout
VsVout
kVsVout
20
)5)()(4000(
1.5-O valor do ganho “a” SEM REALIMENTAÇÃO
2020
Vs
Vsa
1.2-O valor de RL é a impedância equivalente do circuito AC. Para esta análise os capacitores são considerados como curto. As fontes de tensão são curto circuitadas.
VDD
Vs
RD
Ro
CD
Id
Is
Ig
oDL RRR //
SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
6 Set 16 24Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
2- CIRCUITO COM REALIMENTAÇÃO
VDD
Vs
RD
Ro
CD
Id
IgR1
R2
Caracterização da topologia: Amostragem por tensão em paraleloRealimentação por tensão em série
ra
aAf
1
Ganho com realimentação:
2.1a- Identificação da variável de entrada e de saída realimentação.
fin
fout
v
vr
_
_
Vin_fVout_f
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SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
6 Set 16 25Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
VDD
Vs
RD
Ro
CD
Id
IgR1
R2
Vout_f VR2 = VRo. R2/R1+R2
Vin_f VRo
2.1b-Determinação das tensões na rede “r”
Vout_f 2,0
2080
20
1.
21
2
21
2
_
_
r
kk
k
RR
Rr
VRRR
RVR
v
vr
o
o
fin
fout
2.2-Cálculo do fator de realimentação:
2.3-Cálculo do ganho com a realimentação:
4
)20)(2,0(1
20
1
f
f
A
ra
aA
SOLUÇÃO DO EXEMPLO 18.3
6 Set 16 26Aula 5 - AmpOp realimentação positiva
=-20
=-0,2
=VR2 Vin=VRo