3.1 Motivação

3.1.1 Introdução

Os amplificadores vistos no Capítulo 2 apresentavam diferentes características, dependendo do ponto de entrada e de saída de sinal, cada uma delas apropriada para um ou mais tipos de amplificação. Porém, nenhum deles estava pronto para apresentar características otimizadas, principalmente com relação à associação de ganho com acoplamento, por exemplo. Idealmente precisar-se-ia da associação em série de dois ou mais amplificadores para que cada um contribuísse com as suas características, formando assim um amplificador multiestágio com desempenho mais adequado.

Esse foi um dos pensamentos que levaram à utilização de amplificadores em cascata objetivando um amplificador amplo multiestágio que pudesse ter características otimizadas no que se refere aos requisitos básicos de um amplificador:

  • Impedância de entrada e de saída apropriada aos sinais de interesse, na entrada e na saída, respectivamente.

  • Ganho apropriado (à aplicação desejada)

  • Faixa de passagem adequada à(s) aplicação(ões)

  • Baixa distorção harmônica

  • Embora seja óbvio, é preciso deixar claro que o amplificador deve ser estável (sendo analisado como um sistema)

Contudo, uma característica também muito importante para qualquer amplificador não pode ser resolvida por qualquer arranjo dos amplificadores do Capítulo 2. Essa característica é a rejeição ao ruído. Há diversas fontes de ruído em eletrônica, sendo as mais impactantes aquelas ligadas à temperatura de trabalho dos transistores. Numa visão mais ampla, considera-se ruído, qualquer sinal que seja considerado expúrio; isto é, não deveria estar presente no circuito, sob quaisquer circunstância.

Não é objetivo desse texto entrar nos detalhes dessas fontes e como elas de fato afetam os circuitos eletrônicos, apenas enfatizar que quaisquer que sejam os sinais considerados ruído num circuito podem acabar com o desempenho do amplificador em um ou todos os requisitos apresentados.

Para tanto, é interessante que se possa eliminar o ruído presente na entrada do amplificador para que apenas o sinal de interesse possa ser amplificado. De outra forma: “limpar” o sinal antes que seja amplificado. E é exatamente para fazer essa operação de “limpeza” que entra em cena o amplificador diferencial.

3.1.2 Operação

Antes de entarmos na operação do amplificador diferencial é preciso entender os dois modos de entrada de sinal: o modo diferencial, intencionado pelo amplificador, e o modo comum, indesejado pelo amplificador.

Em termos genéricos, o modo diferencial acontece quando os sinais aplicados à cada uma das entradas são diferentes entre si; e o modo comum é quando há uma parte dos sinais que pode ser considerada a mesma em ambas as entradas. No que se refere a sinais eletrônicos, diz-se que:

  • Dois sinais são considerados iguais quando apresentam: mesmo conteúdo harmônico, com amplitude e fase para todas as frequências do conteúdo harmônico, ao mesmo tempo;

  • Dois sinais são considerados diferentes quando há qualquer diferença: amplitude e/ou fase no mesmo instante de tempo, se o conteúdo harmônico for idêntico; ou antes mesmo se houver difereça no conteúdo harmônico.

Essa observação é importante uma vez que podemos dizer que:

A maior parte do ruído na entrada pode ser considerada como sendo de modo comum.

A ideia que embasa a operação do amplificador diferencial é simples:

  1. Um ganho é aplicado a duas entradas vindas do mesmo circuito;

  2. O ganho é idêntico para ambas as entradas;

  3. Dessa forma a parcela dos sinais de entrada que é igual, ou seja, a entrada em modo comum, será eliminada pela operação de diferença dos sinais;

  4. A parcela que é diferente, isto é, a entrada em modo diferencial, será amplificada, resultando no sinal desejado.

Os passos descritos anteriormente são simples, mas suficientes para embasar a existência de uma série de circuitos que desempenham essa função de amplificar a diferença de dois sinais, promovendo a remoção dos sinais de entrada em modo comum. Nesse capítulo estudaremos algumas versões iniciais e mais simples que implementam esse tipo de amplificador.

É importante salientar que o amplificador diferencial é o estágio de entrada dos amplificadores operacionais existentes no mercado; seguindo a filosofia de limpar os sinais de entrada para depois amplificá-los.

3.1.3 Resumo

A partir do que foi brevemente apresentado15 dizemos então que a principal motivação em torno da existência do amplificador diferencial é a eliminação dos sinais de entrada em modo comum.

Como amplificador, num sentido amplo, ele também é capaz de elevar a potência do sinal; e, com a técnica de eliminação do modo comum também é capaz de garantir uma linearidade maior que os demais amplificadores, o que garante um baixa distorção harmônica via topologia (a polarização tem um papel importante aqui também).

  1. Há muito mais sobre a questão de ruído, não somente sobre os ruídos naturais que advém da operação dos circuitos eletrônicos, mas também dos sinais expúrios vindos de interferência eletromagnética, conduzida ou irradiada e que eventualmente prejudicam o amplificador. Além de vasto material sobre as fontes de ruído, também há material sobre como contornar, atenuar ou mesmo eliminar os efeitos dessas fontes. Procure e aprenda!↩︎