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TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 1 CAP. 1 AMPLIFICADORES DIFERENCIAIS E DE MÚLTIPLOS ESTÁGIOS.

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1 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 1 CAP. 1 AMPLIFICADORES DIFERENCIAIS E DE MÚLTIPLOS ESTÁGIOS

2 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 2 OBJETIVOS Analisar a operação do amplificador diferencial Entender o significado de tensão de modo diferencial e de modo comum Determinar as características de pequenos sinais do amplificador diferencial Analisar e projetar amplificadores diferenciais com cargas ativas Analisar e projetar amplificadores com múltiplos estágios

3 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 3 INTRODUÇÃO DIAGRAMA EM BLOCOS CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO 1 O ESTÁGIO (DIFERENCIAL) 2 O ESTÁGIO ESTÁGIO DE SAÍDA VIVI VOVO

4 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO ESPELHO DE CORRENTE MOS M 1 sempre saturado M 2 saturado

5 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 5 Efeito de V O sobre I O

6 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 6 Circuito guia de corrente CMOS

7 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 7 Q2Q2 Q1Q1 -V EE I E1 I E2 I B1 I B2 I C1 I C2 =I O I REF VOVO ESPELHO DE CORRENTE COM TBJ I C1 V CB =0 V BE1Q V BE1 I REF I C1 Q 1 Q 2 Q 2 na região ativa Efeito Early desprezível I C1 = I C2 =I C I B1 = I B2 =I B Para >>1

8 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 8 Considerando o efeito Early iCiC v CE -V A 1/r 0 V CEsat Q2Q2 Q1Q1 -V EE I E1 I E2 I B1 I B2 I C1 I C2 =I O I REF VOVO

9 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 9 Uma fonte de corrente simples R V BE + - I REF Q1Q1 Q2Q2 IOIO VOVO V CC IOIO Modelo equivalente CC, válido para Q 2 na região ativa

10 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 10 Circuitos guias de corrente Considerando todos os transistores idênticos e muito alto:

11 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES AMPLIFICADOR CASCODE AMPLIFICADOR CASCODE MOS Modelo de pequenos sinais

12 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 12 Modelo de pequenos sinais para determinação de R o

13 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 13 AMPLIFICADOR CASCODE TBJ Ex.: Determinar a resistência de saída

14 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 14 AMPLIFICADOR FOLDED CASCODE

15 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES CONFIGURAÇÃO DARLINGTON Mostre que D = 1 2

16 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 16 Seguidor de tensão usando a Configuração Darlington Fonte I para garantir 1 elevado

17 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES CONFIGURAÇÃO CC-BC e DC-GC Análise Coletor comum – base comum

18 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 18 Dreno comum – porta comum Análise

19 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 19 Espelho cascode MOS 1.5 Circuitos Melhorados de Espelhos de Corrente

20 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 20 Espelho de corrente com compensação da corrente de base

21 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 21 Espelho de corrente de Wilson Q2Q2 Q1Q1 I REF Q3Q3 IOIO A vantagem deste espelho de corrente é sua maior resistência de saída R O Problema: erro devido ao efeito Early

22 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 22 Espelho de corrente de Wilson melhorado Q1Q1 Q2Q2 Q3Q3 Q4Q4 IOIO I REF V BE

23 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 23 Fonte de corrente de Widlar

24 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 24 Exemplo:V CC =10V;I O =10 A a) Fonte de corrente simples Assumindo V BE =0.6V b)Fonte de corrente de Widlar Escolhendo I REF =1mA Q1Q1 Q2Q2 V BE2 + - V BE1 - + R2R2 R1R1 I1I1 IOIO V CC Q 1 Q 2 R V BE + - I REF Q1Q1 Q2Q2 IOIO VOVO

25 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 25 r v g m v roro RERE vxvx Resistência de saída da fonte de corrente de Widlar

26 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES PAR DIFERENCIAL CONSIDERAÇÕES Fonte de corrente ideal Transistores e resistores casados Transistores na região ativa Resistência de saída do TBJ infinita

27 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 27 TENSÃO DE MODO COMUM

28 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 28 OPERAÇÃO COM GRANDES SINAIS

29 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 29 vEvE Análise de grandes sinais

30 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 30 CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA 1

31 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES PAR DIFERENCIAL COM TRANSISTOR MOS Q 1 Q 2 Q 1 e Q 2 saturados Fonte de corrente ideal V A

32 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 32 Combinando as equações 1, 2 e 3 e considerando que no ponto quiescente tem-se

33 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 33 Característica de transferência normalizada do par diferencial MOS

34 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES OPERAÇÃO COM PEQUENOS SINAIS

35 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 35

36 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 36 SEPARAÇÃO DO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL EM DUAS METADES

37 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 37 CIRCUITO EQUIVALENTE DE PEQUENOS SINAIS

38 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 38 RCRC r Análise de pequenos sinais Ganho de modo diferencial Obs.: Se a saída tomada for simples o ganho diferencial será:

39 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 39 Ganho de modo comum v c1 =v c2 =v ocm V CC RCRC RCRC -V EE 2R v c1 v c2 I/2

40 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 40 Meio circuito equivalente AC para análise de modo-comum r v g m v RCRC 2R v ocm v icm

41 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 41 CMRR: razão de rejeição de modo comum Os sinais de entrada contêm usualmente uma componente de modo diferencial e uma de modo comum

42 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 42 Resistência de entrada de modo diferencial Resistência de entrada de modo comum As correntes de pequenos sinais que fluem quando tensões diferenciais e de modo comum são aplicadas são

43 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 43 R icm R id R icm R icm /2 R( O +1) ~ R id /2 ~ R id /2= r Circuito equivalente de pequenos sinais para entrada de um amplificador diferencial diferencial Modelo Modelo T

44 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 44 R C R C Q 1 Q 2 +V CC + v o - vsvs RSRS RERE RERE R I Exemplo V CC = 15 V R C = 10 k R E = 150 R = 200k I = 1 mA

45 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 45 +V DD v o1 v o2 + - v od RDRD Q 1 Q 2 -V SS I v2v2 v1v1 RDRD OPERAÇÃO COM PEQUENOS SINAIS DO AMP. DIF. MOS

46 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 46 Operação em pequenos sinais do amp. dif. MOS

47 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 47 Ganho de modo diferencial v id 2 R D V od /2 Q1Q1 Considerando saída simples: V od /2 + - g m v id /2 RDRD V id /2 + -

48 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 48 Ganho de modo comum (considerando saída simples) v ic R D 2 R V ocm + - g m v gs RDRD V icm 2R + -

49 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 49 CMRR (considerando saída simples) Resistência de entrada de modo diferencial Resistência de entrada de modo comum

50 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES CARACTERÍSTICAS NÃO IDEAIS DO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Tensão de offset (V OS ) -V EE V OS + - R C2 R C1 Q2Q2 Q1Q1 V CC 0V -V EE R C1 R C2 V OD +- Q1Q1 Q2Q2 V CC I I V OS é a tensão que deve ser aplicada à entrada de modo que a tensão na saída seja igual a zero

51 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 51 V OS é devida ao descasamento nos resistores e nos transistores ANÁLISE 1) Descasamento nos resistores e transistores casados

52 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 52 2) Descasamento nos transistores e resistores casados

53 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 53 Correntes de polarização de offset de entrada Perfeitamente simétrico Corrente de offset Descasamento em

54 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 54 Correntes de polarização I B Exercício: Para um amplificador diferencial com TBJ utilizando transistores com =100, com casamento máximo de 10%, e casamento de áreas de 10% ou melhor, e resistores de coletor com casamento de 2% ou melhor, encontre os valores de V OS, I B e I OS. A corrente de polarização CC é de 100 mA.

55 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 55 Tensão de offset +V DD v o1 v o2 + - v od R D2 Q 1 Q 2 -V SS I R D1 Descasamento em R D, W/L e V t 1. Descasamento em R D Dividindo pelo ganho g m R D

56 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES Descasamento em W/L3. Descasamento em V t

57 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 57 Exemplo 6.3 – Sedra Smith (p. 484)

58 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES O AMPLIFICADOR DIFERENCIAL COM CARGA ATIVA Q 1 Q 2 e Q 3 Q 4 V o é tal que Q 2 e Q 4 operam na região ativa I B desprezível I -V EE Q1Q1 Q4Q4 Q2Q2 Q3Q3 V CC + - VOVO i C2 i C1 iOiO i C3 i C4 Transcondutância em curto-circuito

59 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 59 Ganho de tensão em circuito aberto Modelo para pequenos sinais + - V id G m v id RORO vOvO + - RiRi

60 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 60 Amplificador diferencial CMOS com carga ativa V SS V G1 I M4M4 M1M1 M2M2 V G2 i D1 i D M3M3 iOiO V DD + - GmvdGmvd vOvO RORO v id

61 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 61 Amplificador diferencial cascode r 3 v3v3 g m3 v 3 r o3 r o1 + - vxvx ixix

62 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 62 Amplificador diferencial cascode com carga ativa espelho de Wilson Exercício: Para o amplificador da figura determine R i, G m, R o e o ganho de tensão em circuito aberto. Dados: I = 0,2 mA = 200 V A = 100 V

63 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES AMPLIFICADOR OPERACIONAL BIPOLAR

64 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES 64 Exemplo 6.3 – Sedra Smith (p. 484)

65 TE 054 CIRCUITOS ELETRÔNICOS LINEARES AMPLIFICADOR OPERACIONAL CMOS


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