Apresentação do PowerPoint - chasqueweb.ufrgs.brhklimach/Slides/E077_7_Realimentacao.pdf · não-lineares: X Y 18 . 10 H. Klimach ENG04077 A A X Y Y A AX Y AE A X Y E X Y E E E

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DELET - EE - UFRGS Circuitos Eletrônicos I

ENG 04077

Realimentação

Prof. Dr. Hamilton Klimach [email protected] UFRGS – Escola de Engenharia

Departamento de Eng. Elétrica

H. Klimach

Sumário

Introdução

Amplificador Operacional

Realimentação negativa

Tipos de realimentação

Efeitos da realimentação sobre:

Ganho

Ri

Ro

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2

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Introdução

O projeto de amplificadores é multidimensional

Apresenta especificações conflitantes

Parâmetros relevantes:

1. Ganho

2. Impedâncias de entrada e saída

3. Faixa de alimentação

4. Excursão de saída

5. Linearidade

6. Potência consumida e dissipada

7. Velocidade (ou largura de banda)

8. Ruído

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H. Klimach ENG04077

Introdução: Linearidade

Amplificador Ideal

A dependência da saída é linear com entrada

01 )( txyout

x

yout

Amplificador Não-Linear

A dependência da saída é NÃO linear com a entrada –

Realidade

O ganho varia com sinal de entrada

01

2

2 )()()( txtxtxy n

nout x

yout

Sinal

amplificado

Distorção!

(frequências que não

existem no sinal

de entrada) 4

3

H. Klimach ENG04077


5

H. Klimach ENG04077


Os Amplificadores:

não são lineares

têm pontos quiescentes difíceis de estabelecer

apresentam imprevisibilidade de comportamento devido

à variabilidade de parâmetros (β, Vth, k...)

Como transformar este comportamento “ruim” em

algo linear, previsível e fácil de determinar?

Resposta: REALIMENTAÇÃO NEGATIVA!

6

4

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Sumário

Introdução





Ganho

Ri

Ro

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AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

-Ganho diferencial infinito (Ad)

-Impedância de entrada infinita (Ri)

-Impedância de saída zero (Ro)

AMPLIFICADOR OPERACIONAL REAL

-Ganho diferencial alto

(Ad: 10.000 a 1.000.000)

-Impedância de entrada alta

(Ri: 100 kΩ a 10 TΩ)

-Impedância de saída baixa

(Ro: 10 Ω a 100 Ω)

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AmpOp: Terminais

Simbologia e conexões

Dois terminais de entrada (diferencial)

Um terminal de saída (geralmente)

Dois terminais de alimentação (simétrica)

Geralmente, não apresenta conexão de terra

Entradas Saída

Fontes de

Alimentação


AmpOp: Estrutura Interna


6

AmpOps Comerciais

Fairchild uA702 (1964): 1º AmpOp monolítico


AmpOps Comerciais

Fairchild uA741 (1968): 1º AmpOp com

compensação interna de frequência (Dave Fullagar)


7

AmpOp: Modelo Linear Ideal


AmpOp: Modelo Linear Ideal

0 :Se

12

dd

d

odddo

d

vA

A

vvvAv

vvv

Exemplo:

• Ganho diferencial :

Ad = 100.000

• Saída limitada à alimentação:

vomax = ± 12V

• vdmax ≈ ± 120 µV

• Conclusão: tensão diferencial

é desprezível!!!


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Amplificador Inversor

Configuração Inversora


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Amplificador Inversor

LINEAR!

Considerando o como OpAmp ideal:

1. O Ganho infinito do OpAmp implica em tensão diferencial “0”

2. A tensão na entrada “+” é replicada para a entrada “-” (tensão diferencial “0”)

3. Calcula-se a corrente em R1

4. Corrente de entrada igual a “0”

5. A corrente em R2 é igual a R1

6. A tensão de saída é calculada a partir da queda em R2

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9

H. Klimach ENG04077

Sumário

Introdução





Ganho

Ri

Ro

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Realimentação Negativa

Considere o bloco ‘A’ com características

não-lineares:

X

Y

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10

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A

A

X

Y

AXAY

YXAAEY

YXE

1

1


Considere agora um laço de realimentação

negativa no entorno do bloco ‘A’ :

•L= βA é o ganho de laço

•Se L= βA >> 1 a relação saída-

entrada não depende de ‘A’.

Amostragem Comparação

AX

Y

A

1 :Se

1

1 :Se

X

Y

A

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Definições:

Ganho a laço aberto: A

Ganho do laço: L= βA

Ganho a laço fechado: A/(1+ βA)

Equação característica: 1+L=0

Ganho de Laço Ganho a Laço Fechado

Ganho a Laço Aberto

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11

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Conclusão:

o uso de realimentação negativa (RN) faz com que o

comportamento do sistema

L > 1: se aproxime de ‘1/β’ e ‘independa’ do bloco ‘A’

L < 1: se aproxime de ‘A’

garantindo L > 1 podemos usar um amplificador ‘A’ com

‘defeitos’ (p. ex. não-linear), e ter como resposta um

sistema ‘linear’

RN altera as características de um sistema, corrigindo-o

RP amplifica os defeitos de um sistema levando-o a

divergir

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H. Klimach ENG04077

Sumário

Introdução





Ganho

Ri

Ro

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Realimentação Negativa - Tipos

Em eletrônica, trabalha-se com duas grandezas elétricas: V e I

Em um circuito realimentado, tem-se dois pontos importantes:

ponto de amostragem na saída

ponto de comparação na entrada

Assim, temos 4 formas de realimentação:

1. amostra V e compara V

2. amostra V e compara I

3. amostra I e compara V

4. amostra I e compara I

Amostragem Comparação

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H. Klimach ENG04077


Em cada tipo, o ganho alterado é o que corresponde

às grandezas de amostra e comparação:

Amostra: Vout

Compara: Vin

Amostra: Vout

Compara: Iin

Amostra: Iout

Compara: Vin

Amostra: Iout

Compara: Iin

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H. Klimach ENG04077


Implementação simples das 4 formas de

amplificador:

Amostra: Vout

Compara: Vin

Amostra: Vout

Compara: Iin

Amostra: Iout

Compara: Vin

Amostra: Iout

Compara: Iin

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H. Klimach ENG04077


Amostra-se (mede-se):

tensão com um voltímetro de alta impedância em

paralelo

corrente com um amperímetro de baixa impedância

em série

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Compara-se (subtrai-se):

tensões através de fontes em série (malha)

correntes através de fontes em paralelo (nó)

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Amostra Vout - Compara Vin

Ganho AV ↓

Impedância Rin ↑

Impedância Rout ↓

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Amostra Iout - Compara Vin

Ganho AG ↓

Impedância Rin ↑

Impedância Rout ↑

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Amostra Vout - Compara Iin

Ganho AR ↓

Impedância Rin ↓

Impedância Rout ↓

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Amostra Iout - Compara Iin

Ganho AI ↓

Impedância Rin ↓

Impedância Rout ↑

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H. Klimach ENG04077

Sumário

Introdução





Ganho

Ri

Ro

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H. Klimach ENG04077

Realimentação Negativa - Efeitos

Amostra Vout - Compara Vin: Av

A

AA

AVAV

VVAV

VVAAVV

VF

so

oso

fsio

1

1

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Amostra Vout - Compara Vin: Ri

i

i

siF

i

i

s

i

isi

i

os

i

fs

i

Ii

siF

RAI

VR

AIR

V

R

AVVI

R

VV

R

VVI

I

VR

o

1

0

34

18

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Amostra Vout - Compara Vin: Ro

A

RR

RRAR

RI

VAR

RI

AV

I

RIAVR

I

VR

ooF

ooFoF

o

o

ooF

o

o

f

o

ooioF

Vo

ooF

i

1

0

35

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Amostra Vout - Compara Vin

A

R

I

VR

RAI

VR

A

A

V

VA

o

Vo

ooF

i

Ii

siF

Is

oVF

i

o

o

1

1

1

0

0

0

36

19

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Amostra Iout - Compara Vin

o

Vo

ooF

i

Vi

siF

Vs

oGF

RAI

VR

RAI

VR

A

A

V

IA

i

o

o

1

1

1

0

0

0

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Amostra Vout - Compara Iin

A

R

I

VR

A

R

I

VR

A

A

I

VA

o

Io

ooF

i

Is

iiF

Is

oRF

i

o

o

1

1

1

0

0

0

38

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Amostra Iout - Compara Iin

o

Io

ooF

i

Vs

iiF

Vs

oIF

RAI

VR

A

R

I

VR

A

A

I

IA

i

o

o

1

1

1

0

0

0

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Carregamento da rede β

as impedâncias de entrada e de saída da rede β,

exercem carregamento sobre a saída e a entrada

do amplificador A

este efeito deve ser incluído no cálculo dos

parâmetros de laço aberto

computa-se este efeito observando-se a rede β

pela entrada e pela saída, mantendo-se o ganho

de laço cancelado

40

21

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Amostra Vout – Compara Vin

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Amostra Vout – Compara Vin

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22

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Amostra Iout – Compara Vin

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Amostra Iout – Compara Vin

44

23

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Amostra Vout – Compara Iin

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Amostra Vout – Compara Iin

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Amostra Iout – Compara Iin

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Amostra Iout – Compara Iin

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