Germano Maioli Penello Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com http://www.lee.eng.uerj.br/~germano Aula 09 1

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum 2

Amplificador de porta comum Lembrem que aqui só estamos analisando o circuito dentro da aproximação de pequenos sinais! Consideramos que a determinação do ponto de operação DC (ponto quiescente) já foi realizada. 3

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Veremos que esta configuração é importante tanto na amplificação de sinais pequenos como em circuitos que necessitam entregar altas potências na carga. A configuração de dreno comum também é conhecida como seguidor de tensão. 4

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW. Uma solução para este problema seria a seguinte: Ao utilizar um amplificador de ganho 1 (!!), com alta resistência de entrada e baixa resistência de saída, podemos acoplar o sinal à carga sem perdas severas. 5

Exercício da última aula Analisar a configuração de dreno comum Este exemplo foi analisado utilizando tanto o modelo T quanto o modelo p-híbrido 6

Resumo das configurações 7

Resumo das configurações Fonte comum – realiza maior parte do ganho em um circuito amplificador Fonte comum com Rs – melhoria de desempenho às custas de redução de ganho Porta comum – Baixa impedância de entrada. Utilizado em amplificadores de alta frequência. Dreno comum – Seguidor de fonte. Utiilzado como buffer de tensão no acoplamento entre alta resistência de saída a uma carga com baixa resistência. 8

Polarização de transistores A polarização serve para definir a corrente ID estável e garantir uma tensão VDS que mantenha o transistor em saturação para todos os sinais esperados na entrada. Nesta aula, veremos diferentes maneiras de polarizar um transistor. 9

Polarização com VGS fixo Sabendo que Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor. É uma boa idéia? 10

Polarização com VGS fixo Sabendo que Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor. Os valores de mn, Cox, Vt e W/L variam significativamente em componentes discretos. O mesmo fabricante pode produzir o mesmo componente com valores diferentes. 11

Polarização com VG fixo e com Rs Esta é uma excelente alternativa de polarização. Dispositivos diferentes têm ID similares 12

Polarização com VG fixo e com Rs Esta é uma excelente alternativa de polarização. Se VG é muito maior que VGS, a corrente ID é majoritariamente determinada pelos valores de VG e RS. Para melhorar, RS fornece uma realimentação negativa, estabilizando ID. ID  VGS (estamos fixando VG)  ID Variação repentina de ID faz com que ID tente voltar à situação de equilíbrio Dispositivos diferentes têm ID similares 13 13

Polarização com VG fixo e com Rs Implementação prática Com apenas uma fonte de tensão (com o capacitor acoplando o sinal) Com duas fontes de tensão (sem o capacitor acoplando o sinal) Por realimentar o sistema negativamente, o resistor RS é chamado de resistência de degeneração 14

Polarização com resistor entre o dreno e a porta Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o transistor (RG ~ MW) VGS = VDS (lembre-se que IG = 0) 15

Polarização com resistor entre o dreno e a porta Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o transistor (RG ~ MW) VGS = VDS (lembre-se que IG = 0) Similar à equação do slide 15 ( ) Realimentação negativa! Se a corrente ID aumenta por algum motivo, VGS diminui. Se VGS diminui, a corrente ID diminui. 16

Polarização com uma fonte de corrente constante Esta é a maneira mais eficaz de polarizar um transitor. RG (~MW) é usado como um aterramento DC e apresenta uma alta resistência ao sinal de entrada acoplado capacitivamente à porta. RD estabelece a tensão no dreno que determina a varredura do sinal de saída mantendo o transistor na saturação. 17

Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? 18

Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? Q1 está em saturação (VGS = VDS) Dado os parâmetros do transistor, podemos selecionar R para obter uma corrente de referência IREF desejada. 19

Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? Q2 tem o mesmo VGS de Q1. Considerando que ele está na saturação: A corrente I é a corrente constante desejada. A corrente I está relacionada com IREF pela razão de aspecto dos transistores. Este circuito é chamado de espelho de corrente. Muito usado em projetos MOS de CI. 20

Polarização com uma fonte de corrente constante 21

Polarização com uma fonte de corrente constante 22

Polarização com uma fonte de corrente constante 23

Polarização com uma fonte de corrente constante 24

Polarização com uma fonte de corrente constante 25

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Polarização com uma fonte de corrente constante 28 28 28

Polarização com uma fonte de corrente constante 29

Polarização com uma fonte de corrente constante 30

Polarização com uma fonte de corrente constante 31

Polarização com uma fonte de corrente constante Resultado aproximado! Não estamos considerando a variação de sinal na entrada. 32

Amplificadores com MOSFETs Circuitos de componentes discretos Agora analisaremos circuitos completos de amplificadores com componentes discretos MOS. É importante ressaltar que os MOSFETs são utilizados majoritariamente em circuitos integrados, não em circuitos discretos. 33

Circuitos completos Até o momento no curso, analisamos separadamente o circuito DC com MOSFET. Depois, analisamos a simplificação dos circuitos dentro da aproximação de sinal pequeno. Por fim, mostramos os circuitos de polarização. Agora, apresentaremos os circuitos completos dos amplificadores. 34

Qual é esta configuração? 35

Amplificador de fonte comum Circuito completo de um amplificador de fonte comum utilizando polarização com corrente constante. Agora já temos todas as ferramentas para analisar este circuito. 36 36

Amplificador de fonte comum Para que serve CS neste circuito? Aterramento de sinal! Também chamado de capacitor de bypass Para que serve Cc1 neste circuito? Capacitor de acoplamento. Deixa passar a frequência de interesse enquanto bloqueia DC. Para que serve Cc2 neste circuito? Dúvida: E se quiséssemos analisar a o funcionamento do circuito com relação à frequência? Capacitor de acoplamento. Deixa passar a frequência de interesse enquanto bloqueia DC. 37

Amplificador de fonte comum Acabamos de fazer a análise DC deste circuito! Agora faremos a análise o sinal. Qual o modelo a se utilizar? 38

Amplificador de fonte comum Acabamos de fazer a análise DC deste circuito! Agora faremos a análise o sinal. Qual o modelo a se utilizar? 39

Amplificador de fonte comum Ro = RD||ro Ganho negativo 40

Amplificador de fonte comum Ro = RD||ro Ganho negativo Divisor de tensão na entrada Divisor de corrente na saída 41

Qual é esta configuração? 42

Amplificador de fonte comum com Rs A diferença é que agora incluímos Rs no circuito anterior. 43 43

Amplificador de fonte comum com Rs Já analisamos este circuito anteriormente (aula 07). A única diferença é que ele agora tem a resistência RG. Isto muda a resistência de entrada Rin (Rin = RG) e altera o ganho de tensão total. 44

Qual é esta configuração? 45

Amplificador de porta comum Qual o circuito DC a ser analisado? Qual o modelo de circuito de pequenos sinais que utilizamos? 46 46

Amplificador de porta comum Exatamente o mesmo resultado que obtivemos na aula 08! Confira. 47

Qual é esta configuração? 48

Amplificador de dreno comum 49 49

Amplificador de dreno comum Seguidor de fonte Agora existe RG na entrada. Rin não é mais infinita afetando o ganho de tensão total. 50