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Eletrônica II

Germano Maioli Penello

08/04/2015

gpenello@gmail.com

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html

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Pauta (T3 e T4)BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111

ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211

Tamyres Botelho

Felipe Almeida

Danilo Calderoni

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Pauta (T5 e T6)ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411

CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511RICARDO ALVES BARRETO 200420419111WALBER LEMOS DOS SANTOS 20112042171

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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)

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MOSFET

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MOSFET - funcionamento

http://jas.eng.buffalo.edu/education/mos/mosfet/mosfet.html

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Símbolo de circuito

MOSFET de canal n(Tipo intensificação)

MOSFET de canal p(Tipo intensificação)

Porta

Dreno

Fonte

Fonte

Dreno

Porta

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Canal n – características IxV

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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 )

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MOSFET - amplificadorPara 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)

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Exemplo 1Projete 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 A/V2, L = 1m e W = 32 m. Despreze o efeito de modulação de comprimento de canal (=0)

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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 (iD) do MOSFET com a tensão entre a porta e a fonte (vGS ou equivalentemente vOV ).

Por fim, resolvemos alguns circuitos DC com MOSFET.

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.

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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 vGS controla a corrente iD

Modelo de grandes sinais (large-signal equivalent circuit model)

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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?

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MOSFET como amplificadorEstamos 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?

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MOSFET como amplificadorEstamos 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?

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

Para vGS < vt, o que acontece?

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

MOSFET na região de corte, não tem corrente iD. Tensão de saída = VDD

iD = 0

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

E quando o MOSFET entra na região de saturação?

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MOSFET como amplificadorAmplificador 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.

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

Como determinar o ponto B?

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

vGS = VGS|B e vDS = VGS|B - Vt

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

E quando o MOSFET entra na região de triodo?

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

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MOSFET como amplificadorAmplificador de tensão com o MOSFET. Analisando o gráfico vDS x vGS

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Polarizando o MOSFETLembrem-se que desejamos um amplificador linear!

Onde é um bom ponto para ter um amplificador linear neste gráfico?

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Polarizando o MOSFETLembrem-se que desejamos um amplificador linear!

Q – ponto quiescente

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Sinal ACSuperpondo um sinal AC ao sinal DC

Note bem a nomenclatura!

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Sinal ACSuperpondo um sinal AC ao sinal DC

Note bem a nomenclatura!

Valor instantâneo

Tensão DC

Tensão AC

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Sinal ACSuperpondo um sinal AC ao sinal DC

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Sinal ACSuperpondo um sinal AC ao sinal DC

Quanto menor for o sinal ac, melhor é a linearidade!

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Sinal ACSuperpondo um sinal AC ao sinal DC

Se o sinal AC for “grande”, saímos da região linear!

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Aproximação de sinal pequenoVimos 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

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Aproximação de sinal pequeno

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Aproximação de sinal pequeno

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Aproximação de sinal pequeno

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Aproximação de sinal pequeno

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Aproximação de sinal pequeno

Ganho é negativo! Era de se esperar pela inclinação da reta.

Desvio de fase de 180º

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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

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

Equação de reta num gráfico iD x vDS

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

Linha reta no gráfico

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

Reta de carga.

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

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Ponto quiescenteO ponto quiescente é determinado pelo valor de VGS e de RD

Como determinar o melhor ponto quiescente?

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Ponto quiescenteO 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.

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Ponto quiescenteO 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 VDDQ2 – muito próximo da região de triodo

Esses pontos não permitem boa varredura de vds

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Sinais pequenosVamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos

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Sinais pequenosVamos agora ver em mais detalhes a operação em sinais pequenos

Ponto de operação DC

(desprezando modulação de comprimento de canal - =0)

Para garantir operaçõa na região de saturação:

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Corrente de sinal no drenoComo determinar a corrente do sinal no dreno?

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Corrente de sinal no drenoComo determinar a corrente do sinal no dreno?

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Corrente de sinal no drenoComo determinar a corrente do sinal no dreno?

Corrente DC (slide 48)

Corrente diretamente proporcional ao sinal de entrada

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Corrente de sinal no drenoComo determinar a corrente do sinal no dreno?

Corrente quadraticamente proporcional ao sinal de entrada

Esse termo gera distorções não lineares!

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Sinais pequenos

Para reduzir as distorções não lineares o sinal deve ser mantido pequeno

Matematicamente falando:

Equivalentes:

Rearrumanto os termos:

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Sinais pequenos

Se essa condição é satisfeita, podemos desprezar o último termo:

ou

Onde definimos id como

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Sinais pequenosO parâmetro que relaciona id com vgs é chamado de transcondutância do MOSFET gm

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Sinais pequenosO parâmetro que relaciona id com vgs é chamado de transcondutância do MOSFET gm

Análise gráfica:

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

Simplificano o sinal DC (VDS = VDD – RDID)

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Sinais pequenosDentro 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).

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

Simplificano o sinal DC (VDS = VDD – RDID)

Lembrando que:

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

Relação linear entre vds e vgs

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

Relação linear entre vds e vgs

O ganho de tensão do sinal é

Por que é negativo?

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Sinais pequenosDentro da aproximação de sinais pequenos

Relação linear entre vds e vgs

O ganho de tensão do sinal é

(consulte slide 56)Substituindo

Mesmo resultado obtido anteriormente (slide 37)

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Exemplo

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Exemplo

Determinar VOV

Determinar ID (saturação)Determinar VDS

VDS > VOV ? (conferir se está mesmo na saturação!)

Calcular AV

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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.