Universidade Federal do ABC

Relatório – Aula Prática 4 – Amplificador diferencial de tensão MOS

Disciplina: EN2709 – Eletrônica Aplicada

Discentes:

André Lucas de O. Duarte 11058710

Edson Seiki Sakugawa 11005010

Turma A1 – Diurno

Prof. Dr. Carlos Alberto dos Reis Filho

Santo André, 2013

Sumário1.Objetivos............................................................................................................................................22.Materiais Utilizados...........................................................................................................................23. Procedimento Experimental.............................................................................................................34. Conclusões......................................................................................................................................115. Referências.....................................................................................................................................11

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1.Objetivos

Estudar o funcionamento de um amplificador diferencial com o uso de transistores

MOS, caracterizando os parâmetros incrementais e determinando o ganho de tensão

através das resistências internas e externas ao transistor.

2.Materiais Utilizados

Multímetro de bancada, multímetro portátil, osciloscópio, gerador de funções, fonte

de alimentação, cabos banana-jacaré, fios de cobre, pontas de prova para osciloscópio,

pontas de prova para o multímetro, protoboard, circuito integrado CD4007, resistores

(22kΩ, 100kΩ) e potenciômetro.

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3. Procedimento Experimental

Inicialmente levantou-se a curva característica √(Id) x Vgs para a determinação dos

valores de Vth e KPp do transistor MOS canal-P do CI CD4007, para tanto montou-se o

circuito da figura 1, foi utilizado um potenciômetro de 15KΩ no lugar de R1 e R2, e por

meio deste variou-se o valor de Vgs e Id.

Figura 1: Circuito utilizado para levantar a curva Id x Vgs.

A tabela 1 contém os valores de Vgs, Id e √(Id), utilizados para traçar as curvas

características, na figura 2 tem-se a curva característica Id x Vgs.

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Tabela 1 - Valores de Id e Raiz de(Id) em função de Vgs.

Figura 2: Curva característica Id x Vgs.

Plotando-se a curva √Id x Vgs apresentada na figura 3, obtém-se uma reta

de coeficiente angular √KP que cruza o eixo x em Vth.

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Figura 3: Curva característica √Id x Vgs para obtenção de Vth.

Da figura 3 acima, conclui-se que Vth é aproximadamente 1.38V e que √Kp é

aproximadamente 20.56 √μA/V, daí KP é aproximadamente 422.7 μA/V².

Então, tem-se:

V TH = 1 .38V

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KPP(WL ) = 422. 7 μA/V 2

Em seguida, montou-se o circuito apresentado na figura4 abaixo:

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Figura 4: Circuito amplificador diferencial (MOS-P) simples.

Ajustou-se a tensão Vgs de M1 para se obter um Id de aproximadamente 200μA.

Para Vgs = 2.072V foi obtido Id = 201μA.

Obteve-se as tensões Vo1 e Vo2 quando a tensão Ve = 0V:

Vo1 = -2.783V e Vo2 = -2.850V.

Para se obter Vo1 = Vo2, ajustou-se:

Ve = 0.0063V.

Vo1 = Vo2 = -,2,810V

Variando-se a tensão Ve, regularmente de maneira incremental no intervalo de

-500mV até +500mV, mediu-se os valores correspondentes de Vo1 e Vo2.

Na tabela 2 apresentem-se os valores encontrados:

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Tabela 2 - Valores de Vo1 e Vo2 em função de Ve.

Com os valores da tabela acima traçou-se as duas tensões Vo1 e Vo2 em função

de Ve, conforme se apresenta na figura 5.

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Figura 5: Gráfico de Vo1 e Vo2 em função de Ve.

Aplicando-se à entrada Ve uma onda triangular com 100mV de pico e 1kHz,

observou-se o comportamento acima obtido na figura 5, de forma dinâmica, conforme

imagem capturada no osciloscópio apresentado na figura 6.

Figura 6: Vo1 em verde e Vo2 em laranja.

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Da mesma forma, aplicando-se à entrada Ve uma onda senoidal com 100mV de

pico e 1kHz de frequência, observou-se o mesmo comportamento (figura 7), já previsto,

obtido na figura 5.

Figura 7: Vo1 em verde e Vo2 em laranja.

Assim com os dados obtidos na medição apresentada na figura 7, tem-se, ganho

de tensão Vo1 em relação à Ve:

Vo1/Ve = 440mVp/100mVp = 4,40

Ganho de tensão Vo2 em relação à Ve:

Vo2/Ve = 425mVp/100mVp = 4,25

Assim, o ganho de tensão diferencial Vo1, Vo2 em relação à Ve:

Avd = (Vo1+ Vo2)/Ve = 8,65

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Com os parâmetros Vth e KPp dos transistores MOS canal-P, pode-se determinar o

parâmetro de transcondutância gm:

gm = KPPWL (V GS−V TH )

Como em M1 tem-se:

Vgs = 2,732v (medido)

gm = 2 x 422,7 x 10-6 x (2,732 – 1,380) = 0,00114 mho

Assim:

reM1 = 1/gm = 875Ω

Em M2 tem-se:

Vgs = 2,726v (medido)

gm = 2 x 422,7 x 10-6 x (2,726 – 1,380) = 0,00114 mho

Assim:

reM2 = 1/gm = 875Ω

Por fim:

Rd/re = 22000/875 = 25

Ganho de tensão diferencial, calculado anteriormente:

Avd = 8,65

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Comparando-se ambos os valores, nota-se que o valor (Rd/re) em relação à Avd está

próximo ao triplo do valor.

Tal diferença pode-se justificar, principalmente, devido ao fato dos valores de Vth e

KPP terem sidos obtidos através do transistor M1, quando no circuito de amplificação

utiliza-se de outros transistores (M2 e M3).

Pois, conforme visto em aula, ainda que os transistores façam parte de um mesmo

circuito integrado, tais valores (Vth e KPP) podem variar de forma significativa,

principalmente se considerarmos que no caso do CI4007 o mesmo foi desenvolvido para

utilização como dispositivo lógico, não se preocupando muito em aplicações analógicas.

4. ConclusõesAtravés dos dados obtidos foi possível estudar o funcionamento do transistor MOS-

P operando como amplificador diferencial, bem como foi possível caracterizar os

parâmetros incrementais dos mesmos.

Ainda que os valores calculados e medidos tenham diferido de maneira

significativa, conforme já justificado anteriormente, acredita-se que tais discrepâncias

estão dentro de um parâmetro aceitável.

5. Referências

[1] Roteiro da Aula Prática 4, disponível em http://carlosreis.webs.com/pratica-4.pdf,

acessado em 25/08/2013.

[2] BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. - Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.

6ªed. Editora LTC. Págs 161-168.

[3] Notas de aula disponíveis em http://carlosreis.webs.com/

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