Eletrônica II
Germano Maioli Penello
[email protected]
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
Aula 09
1
Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum
Porta comum
Dreno comum
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Amplificador de porta comum
Lembrem que aqui só estamos analisando o circuito dentro da aproximação
de pequenos sinais! Consideramos que a determinação do ponto de operação
DC (ponto quiescente) já foi realizada.
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Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Veremos que esta configuração é importante tanto na amplificação de sinais
pequenos como em circuitos que necessitam entregar altas potências na carga.
A configuração de dreno comum também é conhecida como seguidor de tensão.
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Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta
resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW.
Uma solução para este problema seria
a seguinte:
Ao utilizar um amplificador de ganho 1 (!!), com alta resistência de entrada e
baixa resistência de saída, podemos acoplar o sinal à carga sem perdas
severas.
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Exercício da última aula
Analisar a configuração de dreno comum
Este exemplo foi analisado
utilizando tanto o modelo T quanto
o modelo p-híbrido
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Resumo das configurações
7
Resumo das configurações
Fonte comum – realiza maior parte do ganho em um circuito amplificador
Fonte comum com Rs – melhoria de desempenho às custas de redução de ganho
Porta comum – Baixa impedância de entrada. Utilizado em amplificadores de alta
frequência.
Dreno comum – Seguidor de tensão. Utiilzado como buffer de tensão no
acoplamento entre alta resistência de saída a uma carga com baixa resistência.
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Polarização de transistores
A polarização serve para definir a corrente ID estável e garantir uma tensão VDS
que mantenha o transistor em saturação para todos os sinais esperados na
entrada.
Nesta aula, veremos diferentes maneiras de polarizar um transistor.
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Polarização com VGS fixo
Sabendo que
Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS
Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.
É uma boa idéia?
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Polarização com VGS fixo
Sabendo que
Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS
Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.
Os valores de mn, Cox, Vt e W/L variam
significativamente em componentes
discretos. O mesmo fabricante pode
produzir o mesmo componente com
valores diferentes.
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Polarização com VG fixo e com Rs
Esta é uma excelente alternativa de polarização.
Dispositivos diferentes têm ID similares
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Polarização com VG fixo e com Rs
Esta é uma excelente alternativa de polarização.
Se VG é muito maior que VGS, a corrente ID
é majoritariamente determinada pelos
valores de VG e RS. Para melhorar, RS
fornece uma realimentação negativa,
estabilizando ID.
ID
 VGS
(estamos fixando VG)  ID
Variação repentina de ID faz com que ID
tente voltar à situação de equilíbrio
Dispositivos diferentes têm ID similares
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Polarização com VG fixo e com Rs
Implementação prática
Com apenas uma fonte de tensão (com
o capacitor acoplando o sinal)
Com duas fontes de tensão (sem o
capacitor acoplando o sinal)
Por realimentar o sistema negativamente, o resistor RS é chamado de resistência
de degeneração
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Polarização com resistor entre o
dreno e a porta
Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o
transistor (RG ~ MW)
VGS = VDS (lembre-se que IG = 0)
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Polarização com resistor entre o
dreno e a porta
Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o
transistor (RG ~ MW)
VGS = VDS (lembre-se que IG = 0)
Similar à equação do slide 15 (
)
Realimentação negativa! Se a corrente ID aumenta por algum
motivo, VGS diminui. Se VGS diminui, a corrente ID diminui.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Esta é a maneira mais eficaz de polarizar um transitor.
RG (~MW) é usado como um aterramento DC e
apresenta uma alta resistência ao sinal de entrada
acoplado capacitivamente à porta.
RD estabelece a tensão no dreno que determina a
varredura do sinal de saída mantendo o transistor
na saturação.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
Q1 está em saturação (VGS = VDS)
Dado os parâmetros do transistor, podemos
selecionar R para obter uma corrente de
referência IREF desejada.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
Q2 tem o mesmo VGS de Q1. Considerando
que ele está na saturação:
A corrente I é a corrente constante desejada.
A corrente I está relacionada com IREF pela razão de aspecto
dos transistores. Este circuito é chamado de espelho de
corrente. Muito usado em projetos MOS de CI.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
21
Polarização com uma fonte de
corrente constante
22
Polarização com uma fonte de
corrente constante
23
Polarização com uma fonte de
corrente constante
24
Polarização com uma fonte de
corrente constante
25
Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
28
Polarização com uma fonte de
corrente constante
29
Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Resultado aproximado! Não estamos
considerando a variação de sinal na entrada.
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Amplificadores com MOSFETs
Circuitos de componentes discretos
Agora analisaremos circuitos completos de amplificadores com
componentes discretos MOS. É importante ressaltar que os MOSFETs
são utilizados majoritariamente em circuitos integrados, não em circuitos
discretos.
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Circuitos completos
Até o momento no curso, analisamos separadamente o circuito DC com
MOSFET.
Depois, analisamos a simplificação dos circuitos dentro da aproximação de
sinal pequeno.
Por fim, mostramos os circuitos de polarização.
Agora, apresentaremos os circuitos completos dos amplificadores.
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Amplificador de fonte comum
Circuito completo de um amplificador de fonte comum utilizando polarização
com corrente constante. Agora já temos todas as ferramentas para analisar
este circuito.
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Amplificador de fonte comum
Para que serve CS
neste circuito?
Aterramento de sinal!
Também chamado de
capacitor de bypass
Para que serve Cc1
neste circuito?
Capacitor de acoplamento.
Deixa passar a frequência de
interesse enquanto bloqueia
DC.
Para que serve Cc2
neste circuito?
Dúvida: E se quiséssemos analisar a o
funcionamento do circuito com relação à
frequência?
Capacitor de acoplamento.
Deixa passar a frequência de
interesse enquanto bloqueia
DC.
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Amplificador de fonte comum
Acabamos de fazer a análise
DC deste circuito!
Agora faremos a análise o
sinal. Qual o modelo a se
utilizar?
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Amplificador de fonte comum
Acabamos de fazer a análise
DC deste circuito!
Agora faremos a análise o
sinal. Qual o modelo a se
utilizar?
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Amplificador de fonte comum
Ro = RD||ro
Ganho negativo
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Amplificador de fonte comum
Ro = RD||ro
Ganho negativo
Divisor de tensão na entrada
Divisor de corrente na saída
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Amplificador de fonte comum com Rs
A diferença é que
agora incluímos Rs no
circuito anterior.
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Amplificador de fonte comum com Rs
Já analisamos este circuito anteriormente (aula 07). A única diferença é que ele
agora tem a resistência RG. Isto muda a resistência de entrada Rin (Rin = RG) e
altera o ganho de tensão total.
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Amplificador de porta comum
Qual o circuito DC a ser
analisado?
Qual o modelo de circuito
de pequenos sinais que
utilizamos?
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Amplificador de porta comum
Exatamente o mesmo resultado que obtivemos na aula 08! Confira.
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Amplificador de dreno comum
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Amplificador de dreno comum
Seguidor de tensão
Agora existe RG na entrada.
Rin não é mais infinita afetando o
ganho de tensão total.
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