Germano Maioli Penello Eletrônica II Germano Maioli Penello gpenello@gmail.com http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html Aula 07

Resumo da aula passada

Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais Modelo p-híbrido Ao fazer a análise do sinal na aproximação de pequenos sinais: substituímos o transistor pelo modelo de pequenos sinais curto circuitamos as fontes de tensão removemos as fontes de corrente deixando um circuito aberto.

Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais Modelo p-híbrido O modelo ideal do MOSFET considera que a corrente de saturação não depende de vDS. Sabemos que isto não é verdade! Uma aproximação melhor modela o MOSFET com uma resistência finita ro entre o dreno e a fonte. Ideal  ro =  Real  ro = finito

Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais Modelo p-híbrido O modelo ideal do MOSFET considera que a corrente de saturação não depende de vDS. Sabemos que isto não é verdade! Uma aproximação melhor modela o MOSFET com uma resistência finita ro entre o dreno e a fonte. Tipicamente ro = 10 kW a 1000 kW Lembrando: Esta resistência aparece por causa do efeito de modulação de comprimento de canal (l = 0  ro = ; l ≠ 0  ro = finito)

Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais Modelo T Por simplicidade, omitimos ro. Ele pode novamente ser adicionado entre a fonte e o dreno.

Exemplo 1º análise DC. Qual o circuito? 2º análise de sinal. Qual o circuito? Qual o modelo que utilizaremos?

Exemplo 1º análise DC. Qual o circuito? 2º análise de sinal. Qual o circuito? Qual o modelo que utilizaremos? Confira a análise DC e o início da análise do sinal na aula passada

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Exemplo 2º análise do sinal.

Resumo Parâmetros de sinal pequeno NMOS PMOS Substituir mn por mp e usar o módulo das quantidades VOV e VA Modelos de circuito equivalente de sinal pequeno

Configuração de amplificadores Com as ferramentas desenvolvidas até o momento, podemos agora analisar circuitos com MOSFETs. Para começar, não nos preocuparemos com o circuito de polarização, veremos isso mais adiante. Os circuitos que apresentaremos nesta aula serão simplificados para reforçar as características principais das configurações.

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Em cada conficuração, onde está aplicado o sinal? Onde é a saída? Qual o terminal do transistor que é comum entre a entrada e saída?

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

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum A configuração fonte comum é a mais popular em amplificadores MOSFET

Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum A partir de agora, analisaremos os circuitos para determinar as características do amplificador em cada configuração

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 Como caracterizar a performance de um amplificador? Quais são os parâmetros importantes num amplificador?

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 Como caracterizar o desempenho de um amplificador?

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 Resistência de entrada Ganho de circuito aberto Resistência de saída Ganho total

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 Resistência de entrada é dada por onde

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 O ganho de circuito aberto é definido como

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 A resistência de saída é obtida quando vi é zero.

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 A fonte de tensão controlada e a resistência de saída fornecem a tensão vo. Com isto podemos obter o ganho total onde

Amplificadores (Revisão) Reveja aula 3 A fonte de tensão controlada e a resistência de saída fornecem a tensão vo. Com isto podemos obter o ganho total onde Lembre-se que o ganho total depende dos divisores de tensão na entrada e na saída

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)

Amplificador de fonte comum É a configuração mais usada Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores Para analisá-lo, qual modelo de circuito equivalente utilizaremos?

Amplificador de fonte comum É a configuração mais usada Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 1º - Resistência de entrada?

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 1º - Resistência de entrada? Rin =  Por que?

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 2º - Ganho de circuito aberto? O que devemos calcular para obter o ganho de circuito aberto?

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 2º - Ganho de circuito aberto

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 2º - Ganho de circuito aberto A resistência ro reduz o ganho! Em componentes discretos, ro >>RD A redução é normalmente < 10%  Isto só é válido para componentes discreto! Não é válido em CI.

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 3º - Resistência de saída Se vsig = 0  vgs = 0 e gmvgs = 0

Amplificador de fonte comum Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum 3º - Resistência de saída Se vsig = 0  vgs = 0 e gmvgs = 0

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 

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?) Ganho de circuito aberto elevado

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?

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:

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.

Exercício Analise o amplificador abaixo:

Exercício Analise o amplificador abaixo: O que desejamos determinar?

Exercício Analise o amplificador abaixo: O que desejamos determinar? Resistência de entrada Ganho de circuito aberto Resistência de saída Ganho total

Exercício Analise o amplificador abaixo: O que desejamos determinar? Qual modelo de circuito usar?

Exercício Analise o amplificador abaixo: O que desejamos determinar? Qual modelo de circuito usar? Em geral, quando há uma resistência conectada ao terminal de fonte, usaremos o modelo T.

Exercício Analise o amplificador abaixo: Não incluímos o ro neste modelo pois ele complica a análise consideravelmente. Isso faria com que o amplificador se tornasse não unilateral. Novamente, em circuitos discretos, ro pode ser desprezado.

Exercício Analise o amplificador abaixo: Rin = ? vgs= ? Ro = ? i = ? vo = ? Avo = ?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Rin = ?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Rin =  Calcular agora vgs Como relacionar vgs com vi ?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Divisor de tensão Rs pode ser usado para controlar o sinal vgs, e assim garantir que vgs não aumente muito causando distorções não lineares. (Apenas como informação: isto é chamado de realimentação negativa)

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular vo? Relacionar vo com i

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular vo?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular vo? Como calcular i ? Relacionar i com vi e os resistores do circuito 1/gm e RS

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular vo? Como calcular i ?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular vo? Como calcular i ? Substituindo i na equação acima, relacionamos vo com vi

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular o ganho de circuito aberto?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular o ganho de circuito aberto?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular o ganho de circuito aberto? Note que a resistência Rs reduz o ganho!

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular o ganho de circuito aberto? Note que a resistência Rs reduz o ganho! Esse é um preço a se pagar. A redução do ganho está ligada a melhoria de outras características do circuito (estabilidade, maior largura de banda)

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular a resistência de saída?

Exercício Analise o amplificador abaixo: Como calcular a resistência de saída? (vgs= 0  i = 0)

Exercício Analise o amplificador abaixo: E o ganho total?

Exercício Analise o amplificador abaixo: E o ganho total? Adicionando RL à saída do circuito, obtemos um novo vo Como Rin = , Gv = Av

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? O ganho diminui se diminuirmos RD) 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.