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Eletrônica II

Germano Maioli Penello

Aula 07

gpenello@gmail.com

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

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Resumo da aula passada

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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais

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 -híbrido

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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais

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 -híbrido

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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais

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.

Lembrando: Esta resistência aparece por causa do efeito de modulação de comprimento de canal ( = 0 ro = ; ≠ 0 ro = finito)

Modelo -híbrido

Tipicamente ro = 10 k a 1000 k

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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais

Modelo T

Por simplicidade, omitimos ro. Ele pode novamente ser adicionado entre a fonte e o dreno.

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Exemplo

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

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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

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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Exemplo

2º análise do sinal.

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ResumoParâmetros de sinal pequeno

NMOS PMOS

Substituir n por p e usar o módulo das quantidades VOV e VA

Modelos de circuito equivalente de sinal pequeno

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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.

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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?

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Configuração de amplificadores

As três configurações básicas:

Fonte comum Porta comum Dreno comum

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Configuração de amplificadores

As três configurações básicas:

Fonte comum Porta comum Dreno comum

A configuração fonte comum é a mais popular em amplificadores MOSFET

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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

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

Como caracterizar a performance de um amplificador?

Quais são os parâmetros importantes num amplificador?

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

Como caracterizar o desempenho de um amplificador?

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

•Resistência de entrada•Ganho de circuito aberto•Resistência de saída•Ganho total

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

onde

Resistência de entrada é dada por

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

O ganho de circuito aberto é definido como

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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3

A resistência de saída é obtida quando vi é zero.

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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

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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

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Amplificador de fonte comum

É a configuração mais usada

Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores

Novamente, quais os parâmetros que desejamos determinar deste circuito?

(Volte no slide 27)

(circuito simplificado, sem o circuito de polarização)

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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?

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Amplificador de fonte comum

É a configuração mais usada

Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

1º - Resistência de entrada?

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

1º - Resistência de entrada?

Rin = Por que?

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

2º - Ganho de circuito aberto?

O que devemos calcular para obter o ganho de circuito aberto?

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

2º - Ganho de circuito aberto

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Amplificador de fonte comumParâmetros 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.

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

3º - Resistência de saída

Se vsig = 0 vgs = 0 e gmvgs = 0

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

3º - Resistência de saída

Se vsig = 0 vgs = 0 e gmvgs = 0

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Amplificador de fonte comumParâmetros 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

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

Resistência de entrada = (idealização)

Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(Reduzir RD é uma opção?)

Ganho de circuito aberto elevado

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

Resistência de entrada = (idealização)

Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(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?

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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum

Resistência de entrada = (idealização)

Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(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:

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Amplificador de fonte comumAnalisando 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.

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

O que desejamos determinar?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

O que desejamos determinar?

•Resistência de entrada•Ganho de circuito aberto•Resistência de saída•Ganho total

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

O que desejamos determinar?Qual modelo de circuito usar?

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ExercícioAnalise 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.

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ExercícioAnalise 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.

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Rin = ?

vgs= ?

Ro = ?

i = ?

vo = ?

Avo = ?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Rin = ?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Rin =

Calcular agora vgs

Como relacionar vgs com vi ?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

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)

Divisor de tensão

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular vo?

Relacionar vo com i

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular vo?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular vo?

Como calcular i ?

Relacionar i com vi e os resistores do circuito 1/gm e RS

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular vo?

Como calcular i ?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular vo?

Como calcular i ?

Substituindo i na equação acima, relacionamos vo com vi

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular o ganho de circuito aberto?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular o ganho de circuito aberto?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular o ganho de circuito aberto?

Note que a resistência Rs reduz o ganho!

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ExercícioAnalise 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)

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular a resistência de saída?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

Como calcular a resistência de saída?

(vgs= 0 i = 0)

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

E o ganho total?

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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:

E o ganho total?

Adicionando RL à saída do circuito, obtemos um novo vo

Como Rin = , Gv = Av

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ConclusãoVimos 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 1k e 10 k(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.