Em relação ao amplificador operacional, responda:
(a) Qual o papel de cada um dos 3 estágios de um amp op de tensão?
(b) O que limita as tensões de saída do amp op?
(c) O que é slew rate em um amp op?
(d) Desenhe o circuito básico de um amp op de tensão;
(e) Considere o circuito básico do amp op de tensão apresentado em sala. Sabendo que a corrente ID que passa pelo transistor N4=4 mA, e CC=10 nF, qual é o slew rate desse amplificador?

Passo 1

O enunciado pede para a gente revisar os três estágios principais de um amplificador operacional de tensão, entender as limitações de saída, definir o slew rate, mostrar o circuito básico em bloco/transistor e calcular o slew rate numérico sabendo que a corrente de polarização ID é de 4:mA e o capacitor de compensação CC é de 10:nF.

Passo 2

(a) Cada estágio de um amp-op de tensão tem uma função distinta:
  • Estágio de entrada (par diferencial): converte a diferença de tensão entre os terminais de entrada em uma corrente diferencial. Garante alta impedância de entrada e rejeita ruído comum.
  • Estágio de ganho (fonte comum com carga ativa): amplifica a pequena corrente diferencial em uma tensão maior. Aqui se coloca o capacitor de compensação CC (Miller) para estabilizar o laço de realimentação.
  • Estágio de saída (seguidor ou push-pull): fornece corrente de saída capaz de excitar a carga externa, com baixa impedância de saída e mantendo o sinal amplificado.

Passo 3

(b) As tensões de saída de um amp-op são limitadas pelas tensões de alimentação ( VCC e VEE ou VDD e VSS) e pela saturação dos transistores internos. Quando o sinal exige uma saída além desses limites, o amp-op recorta (clamping) e não consegue seguir o sinal.

Passo 4

(c) O slew rate de um amplificador é a máxima taxa de variação de sua tensão de saída, isto é,
SR = maxl|dVoutdtr|
Na prática ele é limitado pela corrente disponível para carregar o capacitor de compensação interna.

Passo 5

(d) O circuito básico de um amp-op de tensão em nível de transistores pode ser esquematizado assim:
c Par diferencial de entrada [-1ex] M1,,M2 [1ex] downarrow [-1ex] Carga ativa [-1ex] (espelho de corrente) [1ex] downarrow [-1ex] Estágio de ganho [-1ex] M3;(fonte comum)+;CC [1ex] downarrow [-1ex] Estágio de saída [-1ex] M4,,M5;(push-pull) ááí]

Passo 6

(e) Em regime de slew, a corrente que carrega o capacitor CC é essencialmente a corrente de polarização do estágio de ganho, aqui dada por ID. Logo a expressão do slew rate é
SR = IDCC

Passo 7

Substituindo ID=4:mA e CC=10:nF:
SR = 4times10^-310times10^-9 =4times10^5:Vs =0,4:Vmus

Resposta

(a) Estágio de entrada (par diferencial), estágio de ganho (fonte comum com carga ativa e compensação Miller) e estágio de saída (push-pull seguidor).
(b) Pelas tensões de alimentação e pela saturação dos transistores internos.
(c) É a máxima taxa de variação de saída: max|dVout/dt|, limitada pela corrente que carrega CC.
(d) Ver esquemático em transistor:
c M1,,M2;(diff pair) [1ex] downarrow [1ex] Carga ativa (espelho) [1ex] downarrow [1ex] M3 + CC;(estágio de ganho) [1ex] downarrow [1ex] M4,,M5;(push-pull) á
(e) SR = dfracIDCC = dfrac4:mA10:nF = 0,4:V/mus]

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