Amplificadores Realimentação Série-Corrente: Alta Impedância Entrada, Controle Preciso Corrente

Um amplificador realimentação série-corrente (também chamado amplificador transcondutância com realimentação série) é topologia onde rede realimentação amostra corrente saída e retorna tensão em série com entrada. Cria fonte corrente controlada tensão (VCCS) com transcondutância estabilizada (G_m = I_out/V_in).

Diagrama Blocos e Fluxo Sinal

 V_in │ ▼ ┌─────────┐ │ Σ │──→ V_err (V_in - V_fb) └────┬────┘ │ ▼ ┌─────────┐ I_out │ A_ol │──────────────►│ Carga │ (Ganho │ │ │ Direto) │ │ └────┬────┘ │ │ │ ▼ │ ┌─────────┐ │ │ β (FB) │←── I_sense ────┘ │ Rede │ (Amostragem Corrente) └─────────┘ 

• Ganho Malha Aberta (A_ol): Transcondutância malha aberta (A/S ou Siemens). Alta.
• Fator Realimentação (β): Transimpedância (V/I = Ohms). Tipicamente resistor sentido R_S ou espelho corrente.
• Transcondutância Malha Fechada: G_{m_cl} = I_out/V_in ≈ 1/β (se A_olβ >> 1). Definida por rede realimentação, não parâmetros transistor.
• Impedância Entrada: Z_{in_cl} = Z_{in_ol} × (1 + A_olβ) → Muito Alta (Realimentação série aumenta Z_in).
• Impedância Saída: Z_{out_cl} = Z_{out_ol} × (1 + A_olβ) → Muito Alta (Saída corrente = Alta Z). Fonte corrente ideal.

Implementações Circuitos Típicos

1. BJT/FET com Degeneração Emissor/Fonte (Realimentação Série Local)

R_E / R_S no emissor/fonte. Amostra I_C/I_D → V_fb = I×R_E. Série com V_be/V_gs.

• G_m ≈ 1/R_E (se g_mR_E >> 1).
• Z_in ≈ β(R_E + r_e) ou ∞ (MOSFET).
• Z_out ≈ r_o (1 + g_mR_E) → Alta.

2. VCCS Baseado Amp-Op (Howland / Howland Melhorado)

Amp-op força tensão através resistor sentido → corrente precisa. Realimentação global.

• Alta precisão, baixa tensão conformidade (limitada por trilhos).
• Usado transmissores 4–20mA, células eletroquímicas, diodos laser.

3. Amp-Ops Realimentação Corrente (CFA / CFB)

Topologia interna: Buffer entrada (baixa Z_in-) → Espelho corrente → Alta Z_out. Resistor realimentação R_F define largura banda, não ganho. Não realimentação série-corrente no nível sistema, mas internamente modo-corrente.

Aplicações-Chave

Aplicação	Por Que Realimentação Série-Corrente?
Transmissores Industriais 4–20 mA	Corrente laço = sinal. Imune a R fio. Alta Zout = faixa tensão conformidade.
Drivers Diodo Laser	Luz saída ∝ I. Gm preciso = potência estável. Alta Zout = conformidade variação Vf.
Eletroquímica / Corrosão / Galvanoplastia	Corrente controlada = taxa reação controlada (Lei Faraday).
Controle Torque Motor (FOC)	Torque ∝ Iq. Laço corrente = laço interno cascata. Alta largura banda, preciso.
Áudio: Amp Transcondutância → Drive Corrente Alto-falante	Impedância alto-falante varia freq. Amp tensão → resposta freq segue Z. Amp corrente → resposta plana (se Z conhecido).
Excitação Sensores (RTD, Termistor)	Corrente constante → V linear vs T (RTD) ou linearizada. Elimina erro fio guia (4-fios).

Vantagens vs. Desvantagens

Vantagens	Desvantagens
Gm preciso definido por R passivo (estável, baixo drift)	Alta Zout → conformidade tensão limitada (trilhos)
Zin Muito Alta (ideal fontes alta-Z: piezo, fotodiodo, EEG)	Estabilidade: Polo extra rede sentido → compensação necessária
Limitação corrente inerente (protege carga)	Ruído: Resistor sentido adiciona ruído térmico (4kTRB)
Rejeita ruído fonte (alto PSRR saída)	Mais complexo que modo-tensão (laço extra)

Resumo

Realimentação série-corrente cria bloco Z_in alta, Z_out alta, transcondutância precisão. É topologia escolha quando corrente é variável controlada — laços industriais, diodos laser, eletroquímica, torque motor, sensoriamento precisão. Resistor realimentação (ou razão espelho corrente) é equação projeto.

• Lei de Ohm na Prática: Tensão para 200A Através de 1 mΩ
• Calculando Tensão com Lei de Ohm: 3 A Através de 36 Ω