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Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte.

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1 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte II Jadsonlee da Silva Sá

2 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   MOSFET como amplificador.   A base desta aplicação  Região de saturação.   O MOSFET atua como fonte de corrente (i D - Saída) controlada por tensão (v GS - Entrada)  Amplificador de transcondutância.   A relação i D -v GS é não-linear (quadrática)  É importante que a amplificação seja linear.   Como resolver este problema?   Polarizar em CC o MOSFET (V GS e I D ) e superpor o sinal a ser amplificado v gs (sinal pequeno) sobre V GS.

3 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Estudaremos primeiro a operação em grandes sinais do MOSFET  Característica de transferência de tensão de um circuito amplificador MOSFET.   Analisaremos como o MOSFET deve ser polarizado para operar em cada uma das três regiões:   Saturação  Amplificador de pequenos sinais.   Corte e triodo  Chave aberta e chave fechada.

4 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Operação com grandes sinais – A característica de transferência.   Considere o circuito fonte comum – Amplificador MOSFET mais utilizado. Entrada Saída Vamos obter v O para diferentes valores de v I (0 a V DD )  Característica de transferência.

5 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Operação com grandes sinais – A característica de transferência.   A operação deste circuito é controlada pela relação i D -v DS :

6 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Operação com grandes sinais – A característica de transferência.   Podemos utilizar o gráfico i D -v DS para determinar a relação v O (v DS ) – v I (v GS ).   Procedimento:   Para cada valor de v I, localizamos a correspondente curva i D -v DS.   Obtemos v O a partir do ponto de interseção dessa curva com a reta de carga.

7 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Operação com grandes sinais – A característica de transferência. Quando v I excede V t, o MOSFET conduz, i D aumenta e v O diminui  v O = v DS > v GS - V t v O = v DS ≤ v GS - V t Chave Amplificador

8 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Expressões Analíticas: característica de transferência. Segmento da região de corte (XA). Segmento da região de saturação (AQB). Desprezando a modulação (λ=0).

9 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Expressões Analíticas: característica de transferência.   Segmento da região de saturação (AQB).   Substituindo i D em v O, obtemos:

10 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Expressões Analíticas: característica de transferência.   Segmento da região de triodo (BC).   Substituindo i D em v O, obtemos.

11 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Expressões Analíticas: característica de transferência.   Segmento da região de triodo (BC).   A porção deste segmento para v O (v DS ) pequeno é derivada por,

12 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Expressões Analíticas: característica de transferência.   Segmento da região de triodo (BC).   Para v O (v DS ) pequeno, o MOSFET opera com um resistor r DS. v O pode ser derivado pela equação seguinte.

13 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP MOSFET:Amplificador e Chave.   Tarefa 1: resolvam o exemplo 4.8 do livro Sedra/Smith quinta edição.

14 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Projeto de um amplificador  É essencial estabelecer um ponto de operação (polarização) CC.   Ponto de operação:   I D estável;   V DS que mantenha o MOSFET na região de saturação para os níveis de sinal de entrada esperados.

15 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização por V GS fixo.   Abordagem mais direta.   Fixa V GS no valor necessário para prover o I D desejado.   V GS pode ser fixado por meio da fonte de alimentação V DD e um divisor de tensão.   Não é uma boa estratégia!!   V t, C ox e W/L variam muito entre dispositivos ditos do mesmo tipo e tamanho. Além disso, V t e μ n dependem da temperatura.   Fixar V GS, torna I D muito dependente da temperatura.

16 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização por V G fixo e resistência conectada na fonte. • • Basicamente, I D será determinada pelos valores de V G e R S.

17 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização por V G fixo e resistência conectada na fonte.   Circuitos Práticos. R G1 e R G2 devem ser elevados (MΩ) para garantir uma alta resistência de entrada.

18 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização por V G fixo e resistência conectada na fonte.   Circuitos Práticos.

19 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Tarefa 2: resolvam o exemplo 4.9 do livro Sedra/Smith quinta edição.

20 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante.   Melhor forma de polarizar um MOSFET. • • R G garante uma resistência de entrada elevada.

21 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante. • • Visto que o dreno e a porta de Q 1 estão em curto, Q 1 opera na região de saturação. • • Supondo modulação nula.

22 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Polarização de Circuitos Amplificadores   Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante. • • Observe que Q 2 tem o mesmo V GS que Q 1. Supondo que Q 2 está na saturação, I=I D2 será, • • Espelho de corrente.

23 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   Considere o circuito amplificador fonte comum. • • V GS  Tensão CC de polarização. • • v gs  Sinal de entrada a ser amplificado. • • v O  Sinal de saída.

24 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   Ponto de polarização CC. • • Fazendo v gs = 0, obtemos I D e V D (V DS ) de polarização. Desprezando a modulação. • • Para garantir a operação na saturação, devemos ter:

25 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   O sinal de corrente no terminal do dreno. • • A tensão instantânea porta-fonte será, • • A corrente de dreno instantânea total i D será, Componente diretamente proporcional a v gs. Distorção não-linear.

26 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   O sinal de corrente no terminal do dreno. • • Para reduzir a distorção não-linear, v gs deve ser pequeno tal que, • • Resultando em, • • Se essa condição para pequenos sinais for satisfeita, podemos desprezar o último termo de i D.

27 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   O sinal de corrente no terminal do dreno.   i D pode ser expresso por, Onde:   A transcondutância g m é derivada por,

28 Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF Colegiado de Engenharia da Computação – CECOMP Operação em Pequenos Sinais e Modelos   O ganho de tensão - A v. • • A tensão de dreno instantânea total v D é expressa por, • • Na condição de pequenos sinais, temos: • • Logo, o componente do sinal da tensão de dreno será dado por:


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