Amplificadores de Estágio Simples (1)
Aula 5
Prof. Nobuo Oki
Estágio Amplificadores Simples
(1)
Estágio Amplificadores Simples
(2)
Conceitos Básicos (1)
•
Conceitos de grande e pequenos sinais :
•
Quando x ≈ x0 , tem-se
Portanto, para análise a pequenos sinais, assume-se que Δy e Δx sejam
suficientemente pequenos, de forma que pode-se tratá-los como se fossem
linearmente dependentes. Basicamente, a análise a pequenos sinais é
simplesmente uma aproximação linear de um sistema ou circuito não-linear. Na
análise a pequenos sinais, usualmente preocupa-se apenas com Δy e Δx , e
ignora-se os valores CC (os termos constantes) das variáveis.
Quando a amplitude de x(t) é suficientemente grande, os termos de ordem
superiores não podem ser desprezados, então a análise a grande sinais torna-se
necessária.
Conceitos Básicos (2)
•
Compromisso de desempenho no projeto de amplificadores:
Estágios Fonte Comum
Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (1)
•
Exemplo1: Amplificador fonte comum com resistência como carga.
Nesta análise, ignora-se a modulação de comprimento de canal por
simplicidade
.
1) Quando Vin < VT, M1 está na região de corte
Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (2)
•
2) Quando Vin > VT , e Vin < Vin1 (define-se a tensão de entrada quando
M1 está no limiar entre a região de saturação e a região triodo como sendo
Vin1 ), M1 está na região de saturação.
•
Assim
•
Note que quando M1 está na região de limiar entre a região de saturação e
a triodo VGS −VT = VDS , tem-se que Vin1−VT = Vout . Vin1 é dado pela
seguinte equação:
Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (3)
3) Quando Vin > Vin1 , M1 está na região triodo.
Assim
Vo pode ser obtida como função de Vin através da resolução da equação acima.
Como VGS tem menos controle sobre ID
quando o transistor M1 atua na região triodo,
usualmente deixa-se o transistor M1 na
saturação para obter ganhos de tensão
elevados.
Para cálculo do ganho de tensão, assumese o transistor na região de saturação.
Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (4)
onde
•
•
gm muda com a tensão de entrada Vin (realmente Vin=VGS). Quando
Vin = Vout +VT , gm atinge seu valor máximo, bem como o ganho de
tensão.
Estágios Fonte Comum
•
Exemplo 2: Desenhe a corrente de dreno e a transcondutância de M1 como
função de tensão de entrada.
Estágios Fonte Comum
Se o efeito de modulação de comprimento do canal for considerado,
Assim,
Note que
Tem-se,
Assim,
Modelo a pequenos sinais:
Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(1)
•
Exemplo 3 : Desenhe o modelo a pequenos sinais do seguinte circuito e
derive o ganho a pequenos sinais. Assume-se que ambos os transistores
M1 e M2 estejam na região de saturação.
Logo o diagrama a pequenos sinais pode ser obtido como sendo,
Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(2)
Estágios Fonte Comum com
Degeneração de Fonte (1)
Estágios Fonte Comum com
Degeneração de Fonte (2)
Derivação do ganho de tensão a pequenos sinais
Substituindo (3) em (2)
Substituindo (4) em (2)
Estágios Fonte Comum com uma Fonte de
Corrente como Carga (1)
•
Exemplo 4: Assumindo que M1 encontra-se na saturação, determine o
ganho de tensão do amplificador.
Solução 1:
Desenhando o diagrama a pequenos sinais do amplificador como
mostrado no lado direto da figura acima
Assim,
Note que,
Tem-se que
Obs. Neste circuito se
ID tende a zero o ganho tende
a infinito!!! Lembre-se de que
para correntes baixas o transistor
entra na região de sublimiar.
Estágios Fonte Comum com um Diodo MOS
atuando como Carga
•
Exemplo 5: Qual é a impedância do seguinte circuito visto da fonte do
transistor M1?
Qual é a impedância?
Desenhando o modelo a pequenos sinais :
Visto do terminal de fonte, a condutância a pequenos sinais é dada por
ou, a resistência é
Estágios Fonte Comum com um Transistor
MOS atuando como Carga
•
Exemplo 6 : Qual a impedância vista do dreno?
Solução :
Desenhando o modelo equivalente a pequenos sinais, tem-se
(Nota : Como a fonte e o substrato estão
conectados, não há gmb no modelo a
pequenos sinais)
Assim, a condutância vista do terminal de dreno é dada por:
Estágio Fonte Comum com um Qualquer
Tipo de Carga (1)
•
Exemplo 7 :Estágio Fonte comum com qualquer tipo de carga.
Assim,
Estágio Fonte Comum com um Qualquer
Tipo de Carga (2)
Estágio Fonte Comum com um Qualquer
Tipo de Carga (3)
Cargas em série:
Cargas em paralelo:
Estágio Fonte Comum (1)
Exemplo 8 :
Qual é o ganho de tensão deste amplificador?
Note que
Assim
Estágio Fonte Comum (2)
Exemplo 9 :
Exemplo 10 :
Qual é o ganho de tensão deste amplificador?
Qual é o ganho de tensão deste amplificador?
Estágio Fonte Comum (3)
Exemplo 11:
•
•
Se M1 e M2 se encontram na região de
saturação, qual é o ganho de tensão deste amplificador.
Estágio Fonte Comum com Degeneração da
Fonte (1)
•
If we ignore l and g :
Com a degeneração de fonte, a transcondutância é mais linear !!
Estágio Fonte Comum com Degeneração da
Fonte (2)
•
Exemplo 12 : Qual é a transcondutância do circuito se l e g não forem
desprezados?
Desenhando o modelo a pequenos sinais :
Fazendo e equação nodal tomando como referência o nó vs
Resolvendo (1), obtêm-se
Note que,
assim,
Finalmente obtêm-se
Estágio Fonte Comum com Degeneração da
Fonte (3)
•
Exemplo 13 :
Assumindo que l e g =0 para M1 e M2, calcule o ganho
a pequenos sinais.
Relembrando o ganho de tensão do estágio fonte comum com degeneração de fonte
Substituindo
em Rs,