1 Eletrônica II Germano Maioli Penello Aula 05 II_ html
2 Transistores Dispositivo de 3 terminais – muito mais versáteis que o diodo (dispositivo de 2 terminais). Podem ser usados tanto em amplificação de sinal como em lógica digital e memória. Ex. de aplicação: controlar a corrente que passa por dois terminais a partir de uma tensão em outro terminal (fonte de corrente controlada por tensão)
3 MOSFET
4 MOSFET - funcionamento
5 Símbolo de circuito MOSFET de canal n (Tipo intensificação) MOSFET de canal p (Tipo intensificação) Porta Dreno Fonte Dreno Porta
6 Canal n – características IxV
7 MOSFET – modelo de circuito equivalente Na região de saturação, podemos modelar o MOSFET como uma fonte de corrente controlada por tensão No caso ideal, r o (Se r o voltamos exatamente ao modelo proposto no slide 45 )
8 MOSFET - amplificador Para ser usado como amplificador, o MOSFET deve operar na região de saturação. Desta maneira, ele opera como uma fonte de corrente constante com o valor da corrente determinado por v GS (independe de v DS )
9 Exemplo 1 Projete o circuito abaixo de tal maneira que o transistor opere com I D = 0.4 mA e V D = 0.5V. Características do transistor: V t = 0.7V, k’ = 100 A/V 2, L = 1 m e W = 32 m. Despreze o efeito de modulação de comprimento de canal ( =0)
10 Resumindo aula passada O MOSFET foi apresentado com algumas de suas características. Discutimos as regiões de funcionamento do MOSFET Região de corte Região triodo Região de saturação Na região de saturação, relacionamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte (i D ) do MOSFET com a tensão entre a porta e a fonte (v GS ou equivalentemente v OV ). Por fim, resolvemos alguns circuitos DC com MOSFET. Apresentamos as relações entre a corrente que passa entre o dreno e a fonte (i D ) do MOSFET com a tensão entre os os terminais de dreno e fonte (v DS ) para uma tensão v GS fixa.
11 MOSFET como amplificador Na saturação, o MOSFET funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão. Por isso criamos um modelo de circuito equivalente A tensão v GS controla a corrente i D Modelo de grandes sinais (large-signal equivalent circuit model)
12 MOSFET como amplificador Na saturação, o MOSFET funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão. A tensão v GS controla a corrente i D Uma fonte de corrente controlada por tensão pode ser utilizada para construir um amplificador de transimpedância (entrada tensão; saída corrente). Estamos interessados em construir um amplificador de tensão com o MOSFET. Como podemos fazê-lo?
13 MOSFET como amplificador Estamos interessados em construir um amplificador de tensão com o MOSFET. Neste circuito abaixo, a tensão v GS controla a corrente i D. Como aproveitar isso para obter na saída de um circuito uma tensão?
14 MOSFET como amplificador Estamos interessados em construir um amplificador de tensão com o MOSFET. Neste circuito abaixo, a tensão v GS controla a corrente i D. Como aproveitar isso para obter na saída de um circuito uma tensão?
15 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS Para v GS < v t, o que acontece?
16 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS MOSFET na região de corte, não tem corrente i D. Tensão de saída = V DD i D = 0
17 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS E quando o MOSFET entra na região de saturação?
18 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS Começa a passar corrente e o resistor R D apresenta uma queda de potencial. A medida que a corrente aumenta, a ddp no resistor aumenta.
19 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS Como determinar o ponto B?
20 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS v GS = V GS | B e v DS = V GS | B - V t
21 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS E quando o MOSFET entra na região de triodo?
22 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS
23 MOSFET como amplificador Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico v DS x v GS
24 Polarizando o MOSFET Lembrem-se que desejamos um amplificador linear! Onde é um bom ponto para ter um amplificador linear neste gráfico?
25 Polarizando o MOSFET Lembrem-se que desejamos um amplificador linear! Q – ponto quiescente
26 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Note bem a nomenclatura!
27 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Note bem a nomenclatura! Valor instantâneo Tensão DC Tensão AC
28 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC
29 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Quanto menor for o sinal ac, melhor é a linearidade!
30 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Se o sinal AC for “grande”, saímos da região linear!
31 Aproximação de sinal pequeno Vimos que se o sinal AC for de baixa intensidade, conseguiremos criar um amplificador linear! v ds = A v v gs Onde o A v é o fator de proporcionalidade entre os sinais. Matematicamente falando, Reta tangente no ponto Q
32 Aproximação de sinal pequeno
33 Aproximação de sinal pequeno
34 Aproximação de sinal pequeno
35 Aproximação de sinal pequeno
36 Aproximação de sinal pequeno Ganho é negativo! Era de se esperar pela inclinação da reta. Desvio de fase de 180º
37 Aproximação de sinal pequeno Lembrando: A corrente DC no dreno é dada por Rearrumando os termos: A maior ddp no resistor é V DD, portanto o ganho máximo é
38 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão Equação de reta num gráfico i D x v DS
39 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão Linha reta no gráfico
40 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão Reta de carga.
41 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão
42 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de V GS e de R D Como determinar o melhor ponto quiescente?
43 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de V GS e de R D Como determinar o melhor ponto quiescente? Quanto mais próximo de B, maior o ganho! Mas, menor será a amplitude do sinal AC que pode ser utilizado.
44 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de V GS e de R D Como determinar um bom valor para R D ? Olhando a reta de carga Q 1 – muito próximo de VDD Q 2 – muito próximo da região de triodo Esses pontos não permitem boa varredura de v ds
45 Sinais pequenos Vamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos
46 Sinais pequenos Vamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos Ponto de operação DC (desprezando modulação de comprimento de canal - =0) Para garantir operação na região de saturação:
47 Corrente de sinal no dreno Como determinar a corrente do sinal no dreno?
48 Corrente de sinal no dreno Como determinar a corrente do sinal no dreno?
49 Corrente de sinal no dreno Como determinar a corrente do sinal no dreno? Corrente DC (slide 48) Corrente diretamente proporcional ao sinal de entrada
50 Corrente de sinal no dreno Como determinar a corrente do sinal no dreno? Corrente quadraticamente proporcional ao sinal de entrada Esse termo gera distorções não lineares!
51 Sinais pequenos Para reduzir as distorções não lineares o sinal deve ser mantido pequeno Matematicamente falando:
52 Sinais pequenos Para reduzir as distorções não lineares o sinal deve ser mantido pequeno Matematicamente falando: Equivalentes: Rearrumanto os termos:
53 Sinais pequenos Se essa condição é satisfeita, podemos desprezar o último termo: ou Onde definimos i d como
54 Sinais pequenos O parâmetro que relaciona i d com v gs é chamado de transcondutância do MOSFET g m
55 Sinais pequenos O parâmetro que relaciona i d com v gs é chamado de transcondutância do MOSFET g m Análise gráfica:
56 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
57 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
58 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Simplificano o sinal DC (V DS = V DD – R D I D )
59 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Simplificano o sinal DC (V DS = V DD – R D I D ) Este termo é o termo correspondente à componente de tensão do sinal, já removida a componente DC (V DS ).
60 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Simplificano o sinal DC (V DS = V DD – R D I D ) Lembrando que:
61 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Relação linear entre v ds e v gs
62 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Relação linear entre v ds e v gs O ganho de tensão do sinal é Por que é negativo?
63 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos Relação linear entre v ds e v gs O ganho de tensão do sinal é (consulte slide 56)Substituindo Mesmo resultado obtido anteriormente (slide 37)
64 Exemplo
65 Exemplo Determinar V OV Determinar I D (saturação) Determinar V DS V DS > V OV ? (conferir se está mesmo na saturação!) Calcular A V
66 Exemplo Comparar V OV com V DS para deteminar quando o MOSFET sai da saturação. Com o ganho, relacionar o sinal máximo de saída com o sinal máximo de entrada.