Germano Maioli Penello

Apresentação em tema: "Germano Maioli Penello"— Transcrição da apresentação:

1 Germano Maioli Penello
Eletrônica II Germano Maioli Penello Aula 05

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 Fonte Dreno Porta Porta Fonte Dreno
MOSFET de canal n (Tipo intensificação) MOSFET de canal p (Tipo intensificação)

6 Simbolos de MOSFET Canal-p Canal-n MOSFET intensificação
Sem corpo MOSFET depleção MOSFET depleção Sem corpo

7 Canal n – características IxV

8 MOSFET – modelo de circuito equivalente
Na região de saturação, podemos modelar o MOSFET como uma fonte de corrente controlada por tensão No caso ideal, ro   (Se ro   voltamos exatamente ao modelo proposto no slide 45 )

9 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 vGS (independe de vDS)

10 Exemplo 1 Projete o circuito abaixo de tal maneira que o transistor opere com ID = 0.4 mA e VD = 0.5V. Características do transistor: Vt = 0.7V, k’ = 100 mA/V2, L = 1mm e W = 32 mm. Despreze o efeito de modulação de comprimento de canal (l=0)

11 Resumindo aula passada
O MOSFET foi apresentado com algumas de suas características. Apresentamos as relações entre a corrente que passa entre o dreno e a fonte (iD) do MOSFET com a tensão entre os os terminais de dreno e fonte (vDS) para uma tensão vGS fixa. 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 (iD) do MOSFET com a tensão entre a porta e a fonte (vGS ou equivalentemente vOV ). Por fim, resolvemos alguns circuitos DC com MOSFET.

12 MOSFET como amplificador
Na saturação, o MOSFET funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão. A tensão vGS controla a corrente iD Por isso criamos um modelo de circuito equivalente Modelo de grandes sinais (large-signal equivalent circuit model)

13 MOSFET como amplificador
Na saturação, o MOSFET funciona como uma fonte de corrente controlada por tensão. A tensão vGS controla a corrente iD 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?

14 MOSFET como amplificador
Estamos interessados em construir um amplificador de tensão com o MOSFET. Neste circuito abaixo, a tensão vGS controla a corrente iD. Como aproveitar isso para obter na saída de um circuito uma tensão?

15 MOSFET como amplificador
Estamos interessados em construir um amplificador de tensão com o MOSFET. Neste circuito abaixo, a tensão vGS controla a corrente iD. Como aproveitar isso para obter na saída de um circuito uma tensão?

16 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS Para vGS < vt, o que acontece?

17 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS iD = 0 MOSFET na região de corte, não tem corrente iD. Tensão de saída = VDD

18 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS E quando o MOSFET entra na região de saturação?

19 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS Começa a passar corrente e o resistor RD apresenta uma queda de potencial. A medida que a corrente aumenta, a ddp no resistor aumenta.

20 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS Como determinar o ponto B?

21 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS vGS = VGS|B e vDS = VGS|B - Vt

22 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS E quando o MOSFET entra na região de triodo?

23 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

24 MOSFET como amplificador
Amplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

25 Polarizando o MOSFET Lembrem-se que desejamos um amplificador linear!
Onde é um bom ponto para ter um amplificador linear neste gráfico?

26 Polarizando o MOSFET Lembrem-se que desejamos um amplificador linear!
Q – ponto quiescente

27 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Note bem a nomenclatura!

28 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC Valor instantâneo
Tensão DC Tensão AC Note bem a nomenclatura!

29 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC

30 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC
Quanto menor for o sinal ac, melhor é a linearidade!

31 Sinal AC Superpondo um sinal AC ao sinal DC
Se o sinal AC for “grande”, saímos da região linear!

32 Aproximação de sinal pequeno
Vimos que se o sinal AC for de baixa intensidade, conseguiremos criar um amplificador linear! vds = Av vgs Onde o Av é o fator de proporcionalidade entre os sinais. Matematicamente falando, Reta tangente no ponto Q

33 Aproximação de sinal pequeno

34 Aproximação de sinal pequeno

35 Aproximação de sinal pequeno

36 Aproximação de sinal pequeno

37 Aproximação de sinal pequeno
Ganho é negativo! Era de se esperar pela inclinação da reta. Desvio de fase de 180º

38 Aproximação de sinal pequeno
Lembrando: A corrente DC no dreno é dada por Rearrumando os termos: A maior ddp no resistor é VDD, portanto o ganho máximo é

39 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão
Equação de reta num gráfico iD x vDS

40 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão
Linha reta no gráfico

41 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão
Reta de carga.

42 VTC (análise gráfica) VTC – característica de transferência de tensão

43 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de VGS e de RD Como determinar o melhor ponto quiescente?

44 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de VGS e de RD 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.

45 Ponto quiescente O ponto quiescente é determinado pelo valor de VGS e de RD Como determinar um bom valor para RD? Olhando a reta de carga Q1 – muito próximo de VDD Q2 – muito próximo da região de triodo Esses pontos não permitem boa varredura de vds

46 Sinais pequenos Vamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos

47 Sinais pequenos Vamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos Ponto de operação DC (desprezando modulação de comprimento de canal - l=0) Para garantir operação na região de saturação:

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?

50 Corrente de sinal no dreno
Como determinar a corrente do sinal no dreno? Corrente DC (slide 48) Corrente diretamente proporcional ao sinal de entrada

51 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!

52 Sinais pequenos Para reduzir as distorções não lineares o sinal deve ser mantido pequeno Matematicamente falando:

53 Sinais pequenos Para reduzir as distorções não lineares o sinal deve ser mantido pequeno Matematicamente falando: Rearrumanto os termos: Equivalentes:

54 Sinais pequenos ou Se essa condição é satisfeita, podemos desprezar o último termo: Onde definimos id como

55 Sinais pequenos O parâmetro que relaciona id com vgs é chamado de transcondutância do MOSFET gm

56 Sinais pequenos O parâmetro que relaciona id com vgs é chamado de transcondutância do MOSFET gm Análise gráfica:

57 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos

58 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos

59 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Simplificano o sinal DC (VDS = VDD – RDID)

60 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Simplificano o sinal DC (VDS = VDD – RDID) Este termo é o termo correspondente à componente de tensão do sinal, já removida a componente DC (VDS).

61 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Simplificano o sinal DC (VDS = VDD – RDID) Lembrando que:

62 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Relação linear entre vds e vgs

63 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Relação linear entre vds e vgs O ganho de tensão do sinal é Por que é negativo?

64 Sinais pequenos Dentro da aproximação de sinais pequenos
Relação linear entre vds e vgs O ganho de tensão do sinal é Substituindo (consulte slide 56) Mesmo resultado obtido anteriormente (slide 37)

65 Exemplo

66 Exemplo Determinar VOV Determinar ID (saturação) Determinar VDS
VDS > VOV ? (conferir se está mesmo na saturação!) Calcular AV

67 Exemplo Comparar VOV com VDS para deteminar quando o MOSFET sai da saturação. Com o ganho, relacionar o sinal máximo de saída com o sinal máximo de entrada.