Germano Maioli Penello Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/ Aula 08 1

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum Lembrem que estas configurações são analisadas apenas para o curcito AC! Fontes de tensão DC  Curto ; Fontes de corrente constante  Aberta ; Capacitores  Curto 2

Amplificador de fonte comum É a configuração mais usada Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores (circuito simplificado, sem o circuito de polarização) Novamente, quais os parâmetros que desejamos determinar deste circuito? (Volte no slide 27) 3

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 3º - Resistência de saída Se vsig = 0  vgs = 0 e gmvgs = 0 Aqui, ro reduz Ro (o que é bom! Por que?). Em circuitos discretos ro pode normalmente ser desprezado  4

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum Resistência de entrada = ∞(idealização) Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1kW e 10 kW (Reduzir RD é uma opção? O ganho diminui se diminuirmos RD) Ganho de circuito aberto elevado (largura de banda limitada, veremos mais adiante no curso) E o ganho total? Se acoplarmos RL, temos três resistores em paralelo na saída do circuito. A resistência de entrada do amplificador de fonte comum é infinita, portanto: 5

Amplificador de fonte comum Analisando diretamente no circuito original Com prática, esta análise pode ser feita diretamente no circuito sem a substituição do MOSFET pelo modelo de circuito equivalente. Note que o resistor ro foi colocado para que a corrente no dreno seja gmvgs e ainda assim levar em conta ro. 6

Exercício resolvido na última aula Analise o amplificador abaixo: O que desejamos determinar? Qual o modelo de circuito a se utilizar? Resistência de entrada Ganho de circuito aberto Resistência de saída Ganho total 7

Conclusão Vimos que a configuração de fonte comum tem as seguintes propriedades: Resistência de entrada = ∞(idealização) Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1kW e 10 kW (Reduzir RD é uma opção? Compromisso entre ganho e resistência de saída) Ganho de circuito aberto elevado (largura de banda limitada, veremos mais adiante no curso) Em resumo, cada configuração terá vantagens e desvantagens com relação a outra. Como dito no início do curso, as grandezas importantes de um circuito amplificador são interdependentes. Nesta conficuração, diminuir a resistência de saída, diminui o ganho. A inclusão de Rs no circuito traz vantagens ao custo da redução do ganho. Note a importância do acoplamento de amplificadores (cascata de amplificadores) para otimizar o circuito como um todo. Na próxima aula, analisaremos outras configurações. 8

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum Lembrem que estas configurações são analisadas apenas para o curcito AC! Fontes de tensão DC  Curto ; Fontes de corrente constante  Aberta ; Capacitores  Curto 9

Amplificador de porta comum O que queremos determinar? 10

Amplificador de porta comum O que queremos determinar? Resistência de entrada Ganho de circuito aberto Resistência de saída Ganho total 11

Amplificador de porta comum O que queremos determinar? Qual modelo de circuito utilizaremos? 12

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. 13

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. Por que não estamos incluindo ro nesta análise? 14

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. Por que não estamos incluindo ro nesta análise? Na análise de componentes discretos, normalmente ro pode ser desprezado. 15

Amplificador de porta comum Resistência de entrada? 16

Amplificador de porta comum Resistência de entrada? Rin = 1/gm Tipicamente, 1/gm tem centenas de Ohms. Resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa. 17

Amplificador de porta comum Resistência de saída? 18

Amplificador de porta comum Resistência de saída? Ro = RD Resistência de saída igual à configuração de porta comum estudada antes (desprezando ro) 19

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? 20

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? Relacionar vo com i Relacionar i com vi 21

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? Note o sentido da corrente e a queda de potencial no resistor. RD 22

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? Note o sentido da corrente e a queda de potencial no resistor. RD 23

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi?  24

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? Agora podermos isolar os termos e determinar o ganho de circuito aberto 25

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Como relacionar vo com vi? 26

Amplificador de porta comum Ganho de circuito aberto? Ganho positivo! Não há mudança de fase entre o sinal de entrada e de saída. Note que o ganho tem a mesma magnitude da configuração de fonte comum (desprezando ro) Se o ganho de circuito aberto é igual ao amplificador de fonte comum, isso quer dizer que o ganho total será o mesmo? 27

Amplificador de porta comum Se o ganho de circuito aberto é igual, o ganho total é o mesmo? Ganho de tensão total: Gv = vo / vsig Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa! O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída. 28

Amplificador de porta comum Se o ganho de circuito aberto é igual, o ganho total é o mesmo? Ganho de tensão total? Gv = vo / vsig Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa! O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída. 29

Amplificador de porta comum Se o ganho de circuito aberto é igual, o ganho total é o mesmo? Ganho de tensão total? Gv = vo / vsig Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa! O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída.  30

Amplificador de porta comum Se o ganho de circuito aberto é igual, o ganho total é o mesmo? Ganho de tensão total? Gv = vo / vsig O ganho de tensão total só depende da razão entre a resistência total do dreno e da resistência total da fonte. Por causa da baixa impedância de entrada, o PC tem poucas aplicações práticas se utilizado sozinho. Veremos ao longo do curso que ele tem uma excelente resposta a altas frequências. 31

Resumo Amplificador de porta comum: Baixa resistência de entrada (Rin = 1/gm) Moderada a alta resistência de saída (Ro = RD) Ganho de circuito aberto alto 32

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum 33

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. 34

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão (Voltage buffer) Considere a seguinte situação: Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW. O que acontece se conectarmos a carga diretamente? Qual a tensão medida na carga? 35

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão (Voltage buffer) Considere a seguinte situação: Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW. Se conectarmos diretamente, haverá uma atenuação severa no sinal! 36

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão (Voltage buffer) Considere a seguinte situação: Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW. Se conectarmos diretamente, haverá uma atenuação severa no sinal! Como driblar este problema? 37

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. 38

Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão O amplificador de dreno comum tem essa característica, por isso ele é um bom estágio para ser utilizado na saída do circuito. O que queremos determinar deste circuito? Qual o modelo para pequenos sinais utilizaremos? 39

Exercício Analisar a configuração de dreno comum 40

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin = ? 41

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin =∞ 42

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin =∞ Ro = ? 43

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin = ∞ Ro = 1/gm 44

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin = ∞ Ro = 1/gm Ganho positivo! 45

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin = ∞ Ro = 1/gm Se RL  , 46

Exercício Analisar a configuração de dreno comum Rin = ∞ Ro = 1/gm Como Rin = , Gv = Av 47

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) gmvi vo RL 48

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) gmvgs vo RL Rin = ∞ 49

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) gmvgs vo RL Rin =  vo = gmvgsRL vo/vi = RL / (RL + 1/gm) vi = vgs + vo Mesmo resultado do slide 49 50

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) Rin = ∞ gmvgs vo/vi = RL / (RL + 1/gm) vo RL Ro = ? 51

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) Rin = ∞ gmvgs vo/vi = RL / (RL + 1/gm) vo RL gmvgs vo 52

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) Rin = ∞ gmvgs vo/vi = RL / (RL + 1/gm) vo RL vo = - vgs io = gmvo gmvgs -vo gmvo vo 1/gm = vo/io = Ro vo 53

Exercício Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido) Rin = ∞ gmvgs vo/vi = RL / (RL + 1/gm) vo Ro = 1/gm RL Note que são os mesmos resultados que havíamos obtido com o modelo T. Como era de se esperar! 54

Conclusão Amplificador de porta comum: Baixa resistência de entrada (Rin = 1/gm) Moderada a alta resistência de saída Ganho de circuito aberto alto Amplificador de dreno comum (seguidor de tensão): Alta resistência de entrada (Rin = ∞) Baixa resistência de saída Ganho de circuito aberto idealmente unitário 55

Resumo das configurações 56

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 tensão. Utiilzado como buffer de tensão no acoplamento entre alta resistência de saída a uma carga com baixa resistência. 57