O primeiro capítulo do livro "Microelectronic Circuits", 6th Edition, Sedra and Smith, introduz conceitos fundamentais sobre sinais e amplificadores, estabelecendo a base para o estudo dos circuitos electrónicos.
1. Introdução
O capítulo começa por destacar a importância dos circuitos eletrónicos na manipulação de sinais, mencionando a relevância da tecnologia de circuitos integrados (ICs) e do seu impacto na microeletrónica. O objetivo é introduzir os sinais e os amplificadores como elementos essenciais dos sistemas eletrónicos modernos.
2. Sinais
Os sinais representam informação e podem ser elétricos, como tensões e correntes. Para serem processados eletronicamente, os sinais devem ser convertidos em formas elétricas, o que é feito por transdutores. Dois modelos clássicos de representação de sistemas são a forma de Thévenin (fonte de tensão com resistência interna) e a forma de Norton (fonte de corrente com resistência interna).
3. Espectro de Frequência dos Sinais
A análise espectral é essencial para compreender a composição dos sinais. Utilizando as séries e transformadas de Fourier, qualquer sinal pode ser decomposto em sinusoides de diferentes frequências. Sinais periódicos têm espectros discretos, enquanto sinais não periódicos têm espectros contínuos.
4. Sinais Analógicos e Digitais
Os sinais analógicos variam continuamente no tempo, enquanto os digitais são representados por sequências de números. A conversão de sinais analógicos para digitais ocorre através da amostragem e quantização, realizada por conversores Analógico-Digital (ADC). A conversão inversa é feita pelos conversores Digital-Analógico (DAC).
5. Amplificadores
Os amplificadores aumentam a magnitude dos sinais elétricos, permitindo que sinais fracos sejam processados de forma eficaz. A linearidade é um fator crítico para evitar distorção, garantindo que a saída seja uma réplica ampliada da entrada. Existem diferentes tipos de amplificadores:
Amplificadores de tensão (aumentam a amplitude de um sinal de tensão)
Amplificadores de corrente (amplificam correntes)
Amplificadores de transcondutância (convertem tensão em corrente)
Amplificadores de transresistância (convertem corrente em tensão)
Os amplificadores também podem ser classificados em preamplificadores, que processam sinais fracos, e amplificadores de potência, que fornecem energia suficiente para acionar dispositivos como altifalantes.
6. Modelos de Circuito para Amplificadores
Para facilitar a análise dos amplificadores, utilizam-se modelos de circuitos que representam as suas características essenciais. O modelo básico de um amplificador de tensão inclui:
Resistência de entrada (Ri): determina a carga imposta ao sinal de entrada.
Resistência de saída (Ro): afeta a capacidade de entrega do sinal amplificado.
Ganho de tensão (Av): relação entre a tensão de saída e de entrada.
Em sistemas complexos, os amplificadores são frequentemente conectados em cascata para atingir melhores especificações.
7. Resposta em Frequência dos Amplificadores
A resposta em frequência caracteriza o desempenho do amplificador em diferentes frequências. Essa resposta é obtida analisando a magnitude e a fase do sinal de saída em relação à entrada para diversas frequências. A banda passante do amplificador é definida pelas frequências onde o ganho se mantém constante dentro de um intervalo aceitável.
Os amplificadores podem ser analisados como redes de constante de tempo única (STC), dividindo-se em:
Filtros passa-baixo (LP): atenuam frequências altas.
Filtros passa-alto (HP): atenuam frequências baixas.
A resposta em frequência pode ser expressa em decibéis (dB), sendo comum usar diagramas de Bode para representar a variação da magnitude e da fase com a frequência.
