PFR: O que sucede se o PFR estiver em V I =0V ou V I =5V?

Transcrição

1 Andar de Fnte Cmum Crcut analógc básc v O PFR: O que sucede se PFR estver em V I =0V u V I =5V? v I Snas = varações de tensã (crrente) v = A v O { v ganh de tensã I AMPLIFICADOR snas fracs: trç lnear v prprcnal v Crcuts Electróncs Báscs 2 O I

2 Andar de Fnte Cmum Análse gráfca D ( v ) Caracter. d transstr D DS `v GS = cte. DD D D DS = 0 v = V DS v = 0 = V / R DS V = R + v DD ; D DD D recta de carga pnt de funcnament:ntersecçã Crcuts Electróncs Báscs 3

3 Andar de Fnte Cmum nmenclatura Snas = varações de tensã snas frtes: trç nã lnear dstrçã snas fracs: trç lnear (sempre saturad) v = V + v GS GS gs v = V + v DS DS ds { D = I { D + { d valrttal valr emrepus ( cmpnentecntínua) valrncremental ( cmpnentevar ável) VGS, VDS, ID pnt func. repus v = v, v = v, = gs GS ds DS d D snal Crcuts Electróncs Báscs 4

4 Transstr MOS Mdel Incremental Ntaçã: v = V + v GS GS gs v = V + v DS DS ds = I + D D d Transstr: "mut nã lnear", mas trç lnear da característca (saturaçã) crcut lnear para valres ncrementas Crcuts Electróncs Báscs 5

5 Transstr MOS Mdel Incremental = + = ( )= 2 ( + ) 2 D D d GS t GS gs t I kv V kv v V 2 2 = kv ( V ) + 2 kv ( V ) v + kv GS t GS t gs { gs I D g m 0 se v << V V gs GS t Crcuts Electróncs Báscs 6

6 d = g v eq. lnear, valres ncrementas g = 2 kv ( V ) m GS t = = V 2 m 2I GS gs D V ki D t transcndutânca Transstr MOS Mdel Incremental g m D dd = v dv em geral GS GS v = V D / v GS GS GS dervada n PFR Crcuts Electróncs Báscs 7

7 Transstr MOS Mdel Incremental esquema equvalente ncremental (lnear) = g v d m gs 2ID g = 2 kv ( V ) = 2 ki V V = m GS t D GS t VCCS fnte de crrente cmandada pr tensã Mdel smplfcad Crcuts Electróncs Báscs 8

8 Andar de Fnte Cmum Esq. Incremental (exempl) Fntes ndependentes de tensã: v=cte. v=0 (curt-crc. ncremental) de crrente: =cte. =0 (crc. abert ncremental) v g m v gs R D v Crcuts Electróncs Báscs 9

9 Transstr MOS Esquema Incremental (r ) Efet de v sbre (na saturaçã) DS mdulaçã d cmprment de canal D kv V v 2 D = ( GS t)(1 + λ DS ) V A = 20~100V prprcnal a L -V A =-1/l Crcuts Electróncs Báscs 11

10 Transstr MOS Esquema Incremental (r ) Efet de v sbre (na saturaçã) DS mdulaçã d cmprment de canal D kv V v 2 D = ( GS t)(1 +λ DS ) r 1 I v V + V D D = = em geral r DS A DS 1 = v D DS v r V I A = D = V ; v = V GS GS DS DS 1 λi D Crcuts Electróncs Báscs 12

11 Transstr MOS Mdel Incremental esquema equvalente ncremental (lnear) 2ID g = 2 kv ( V ) = = 2 ki V V r m GS t D GS t V A = I D 1 λi D Crcuts Electróncs Báscs 13

12 Esquema ncremental Transstr (except alta-frequênca, sem efet de crp) g m ; r Fntes ndependentes de tensã: v=cte. v=0 curt-crc. ncremental de crrente: =cte. =0 crc. abert ncremental Resstênca: v=r v=r esq.ncremental éa própra resstênca Cndensadr: = C dv/dt crc. abert em repus, esq. ncremental é própr cndensadr Bbne: v = L d/dt curt-crc. em repus, esq. ncremental éa própra bbne Crcuts Electróncs Báscs 14

13 Crcuts Electróncs Báscs 15 Esquema ncremental de crcut Andares de amplfcaçã (parâmetrs mprtantes): Resstênca de entrada Transcndutânca u Ganh de tensã Resstênca de saída m v v v v R G v v A v v R = = = = = = =

14 Andar de Fnte Cmum v R = = G = = g m m v v = v v A = = g ( r // R ) R = = r // R v m D D v = 0 v = 0 (ganh de tensã méd) (resst. de saída méda) 0 0 Crcuts Electróncs Báscs 16

15 Plarzaçã establzada Parâmetrs d transstr têm elevada dspersã. Interessa I D bem defnd para garantr PFR estável. I V I D GS D (realmentaçã negatva devda a R ) S R G? Crcuts Electróncs Báscs 17

16 Plarzaçã establzada I = 0 V = V G GS DS I V, V I D DS GS D (realmentaçã negatva devda a R G ) Prque nã R G = 0? Crcuts Electróncs Báscs 18

17 Transstr MOS díd g r m r >> 2ID VA 2VA = = V V I V V GS t D GS t g 1 m 2 10 rdem de grandeza exempl: V = 50 V; V V = 1V r = 100g 1 A GS t m Transstr lgad cm "díd" Crcuts Electróncs Báscs 20

18 Efet de crp (bdy effect) V t aumenta cm V (NMOS) degrada func. ds crcuts SB alarga zna de deplecçã canal mens prfund V aumenta Cm cmpnentes dscrets B lgad a S V = 0 Vt = V { t0 + γ 2φf vsb 2 φ + f (NMOS) cm V = 0 SB t nã há ef. crp Crc.ntegrads: B lgad à almentaçã, pde haver ef. crp sevsb 0 (tensã mas elevada se PMOS, tensã mas baxa se NMOS) SB Típcs: 2φ 0 g mb = D 1/2 f =.6 V, γ = 0.5 V, gmb= 0.1 a 0.3 gm G v BS VGS, VDSVBS v gs g m v gs g mb v bs r D S Crcuts Electróncs Báscs 21

19 Andar de Dren Cmum R v = = v = v + v v gs 1 = m gs ( r // mb // RS) A v g v v g r g R = = v 1 ( // // ) 1 m( // mb // S) 1 + g 0 m r gmb R = S g Crcuts Electróncs Báscs 22

20 Andar de Dren Cmum v R = = g // r // g // R 1 1 m mb S v = 0 se r» g ; r» g ; R» g ; m mb S m R 1 + g (valr bax) g g g Av = 1+ g g g + g m 1 mb m 1 m mb m mb (valr aprx. untár) Crcuts Electróncs Báscs 23 g m mb

21 AndarCascde Andar da prta cmum puc utlzad ndvdualmente, usa-se asscad a andar de fnte cmum. Estud: smplfcar prblema avaland prmer subcrcut cmpst pr M1 e M2 Crcuts Electróncs Báscs 24

22 AndarCascde v = r ( g + g ) v v v = r x 2 x m2 mb2 gs2 gs2 gs2 1 x v R = = r + r 1 + ( g + g ) r x m2 mb2 1 x se g r»1 e r, r mesma rdem de grandeza m desprezand efet de crp, R g r r 2 m2 2 1 Crcuts Electróncs Báscs 25

23 Cmparaçã Andar de fnte cmum: Andar de ganh de tensã méd cm resstênca de saída méda. Resstênca de entrada elevada. Andar de dren cmum: ganh de tensã untár (segudr de fnte) cm resstênca de saída baxa. Resstênca de entrada elevada. Bm andar sladr, para ser utlzad após andar de fnte cmum quand a resstênca de carga é baxa. (ex: resstênca de um altfalante ~4Ω) Andar cascde: Alternatva a andar de fnte cmum. Andar de prta cmum serve cm sladr de crrente, ganh de crrente untár. Andar de ganh de tensã elevad cm resstênca de saída elevada, se usad cm carga actva. Resstênca de entrada elevada. Crcuts Electróncs Báscs 26

24 Transstr de Junçã Bplar (TJB) Estrutura smplfcada Estrutura cmum (dspstv assmétrc!) Crcuts Electróncs Báscs 28

25 Cnduçã na Zna Actva BE Drectamente plarzada BC Inversamente plarzada Só se cnsderam crrentes pr dfusã; desprezamse crrentes de derva BE-crrente cnsste de duas cmpnentes: Electrões d emssr para a base; lacunas da base para emssr. Emssr mut mas dpad que base e base de mut menr dmensã: mvment de electrões dmnante. Os electrões njectads na base sã prtadres mnrtárs (base tp P) Os electrões njectads dfundem-se pela base na drecçã d clectr. O nº de electrões que se recmbnam na base é reduzd. Crcuts Electróncs Báscs 29

26 Cnduçã na Zna Actva BE Drectamente plarzada BC Inversamente plarzada Só se cnsderam crrentes pr dfusã; desprezamse crrentes de derva BC está plarzada nversamente: s electrões que nã se recmbnam na base atravessam a junçã BC e sã clectads n clectr, rgnand a crrente de clectr. Esta crrente depende prncpalmente de v BE = + E C B varaçã lnear: C (sempre) = β (só na Z. actva) B Crcuts Electróncs Báscs 30

27 Estruturas e Znas de Funcnament Símbls v BE B C v CE E v EB B = + E C B E vec C Transstr de Junçã Bplar (TJB); Bplar Junctn Transstr (BJT) Bplar: Prtadres de carga negatva (electrões) e pstva (lacunas) Dspstv assmétrc: trcand C e E fca dspstv de mut má qualdade. Crcuts Electróncs Báscs 31

28 Estruturas e Znas de Funcnament Plarzaçã Junçã BE Junçã CB Md de Funcnament Aplcaçã típca Inversa Inversa Crte Drecta Drecta Saturaçã Dgtas Drecta Inversa Zna actva Analógcs Inversa Drecta Z. Actva nversa Raramente utlzad Crcuts Electróncs Báscs 32

29 Estruturas e Znas de Funcnament Crte: v < 0.7 V; = 0, = 0 BE B C Actva: v 0.7 V; v > v 0.7 V; = β ; C BE CE BE C B = Ie S v BE / V T Saturaçã: v 0.7 V; < β ; v = v 0.7 V(lmar de sat.) BE C B CE BE v = V 0.2 V(prfundamente sat.) CE CE sat Crcuts Electróncs Báscs 33

30 Efet de Early vbe / V v T CE C = Ie S 1+ VA se nã fr: V» V a crrente é desprezável I S T prprcnal à área, depende mut de T Crcuts Electróncs Báscs 34

31 Andar de Emssr Cmum (exempl) V CC =5V R C =1kW R B =50kW b=100 ( a) v = 0.2V v 0.2V Crte = 0; = 0; v = v = V R = V (b) I v = 1.7V v 0.7V Cnduçã: Sat.?Z.Actva? Hpótese: Z.Actva v = v = V R = 3 V Hpótese: Sa t. = β = 2mA Cnfrma hp.? Z.A. Crcuts Electróncs Báscs 35 BE B C C CE CC C C CC I BE C CE CC C C > β = 2mA Cnfrma hp.? Sat C ( c) B C v = 5V v 0.7 V Cnduçã: Sat.?Z.Actva? I B VCC 0.2 vce 0.2V C = = 4.8mA R Hpótese: Z.Actva C = βb = 8.6mA analógc : amplfcadr vc = vce = VCC R C C= 3.6 V Cnfrma hp.? Z.A. dgtal: nversr VCC 0.2 transstr nã lnear mas Hpótese: Sat. vce 0.2V C = = 4.8mA RC aprxmadamente lnear, em cada zna. C < βb = 8.6mA Cnfrma hp.? Sat < 0.7V Crte vbe C = βb Z.Actva 0.7V Cnduçã vce 0.2V Saturaçã BE C

32 Andar de Emssr Cmum Característca de transferênca Crcuts Electróncs Báscs 36

33 Andar de Emssr Cmum Crcut dgtal básc Se v I = 0V (0 lógc) v O = 5V (1 lógc) Se v I = 5V (1 lógc) v O 0V (0 lógc) INVERSOR NOR Crcuts Electróncs Báscs 37

34 Andar de Emssr Cmum Crcut analógc básc v O PFR: O que sucede se PFR estver em V I =0V u V I =5V? Snas = varações de tensã v = A v O { v ganh de tensã I AMPLIFICADOR snas fracs: trç lnear prprcnal Crcuts Electróncs Báscs 39 v I v O v I

35 Andar de Emssr Cmum nmenclatura Snas = varações de tensã snas frtes: trç nã lnear dstrçã snas fracs: trç lnear (sempre Z.Actv a) v = V + v BE BE be v = V + v CE CE ce { C = I { C + { c valrttal valr emrepus ( cmpnentecntínua) valrncremental ( cmpnentevar ável ) VBE, VCE, IC pnt func. repus v = v, v = v, = sna l be BE ce CE c C Crcuts Electróncs Báscs 40

36 Andar de Emssr Cmum Análse gráfca C ( v ) Caracter. d transstr C CE v BE = cte. V = R + v CC C C CE recta de carga = 0 v = V ; v = 0 = V / R CE CC CE C CC C Crcuts Electróncs Báscs 41

37 Esquemas ncrementas em π e em T Crcuts Electróncs Báscs 42

38 Esquemas ncrementas em π e em T esquema equvalente ncremental (lnear) dervadas n PFR c m be g r m 1 = g v BE eq. lnear, valres ncrementas C = v BE v = V BE C = v CE v = V ; v = V BE BE CE CE c = gv m be vbe rπ= rπ= c = βb b r g m = V I g A C β I V m C T Crcuts Electróncs Báscs 43

39 Plarzaçã establzada Parâmetrs d transstr (ex. β)têm elevada dspersã. Interessa I C bem defnd para garantr PFR estável. I I R V I C E E BE C (realmentaçã negatva devda a R ) aumenta puc Crcuts Electróncs Báscs 44 E

40 Plarzaçã establzada VBB + IERE + VBE + IBRB = 0 V BB» BB VBE V vbe I I E E = IB = RE + RB /( β + 1) RE» RB /( β + 1) β + 1 mas R bax mar cnsum, R menr B V» v V alt I R alt BB BE BB E ampltude v alta V alt ce CE I R A = g R = R I Cm C C v m C C VT V = I R + V + I R CC E E CE C C E alt I R V V V I R V C esclhe-se E E CC CE CC C C CC Crcuts Electróncs Báscs 45

41 Plarzaçã establzada IE I = ; V = V + I R β + 1 B C BE B B VCC VBE V = I R + V + I R IE = I R + R /( β + 1) CC E C BE B B C C B se R /( β + 1)«R fca puc sensível a varações de B C β I V, V I C CE BE C (realmentaçã negatva devda a R ) B Crcuts Electróncs Báscs 46

42 Andar de Emssr cmum C1, C2 Cnd. de acplament Curt crcut na banda de passagem CE Cnd. de cntrn (" bypass") Crcuts Electróncs Báscs 47

43 Andar de Emssr Cmum v R = = rπ // R // R G m = = v v 0 = 0 = v Av = = gm( r // RC) v g m v R = = r // R C v 0 Crcuts Electróncs = Báscs 48

44 Andar de Emssr Cmum cm degeneraçã de emssr C1, C2 Cnd. de acplament Curt crcut na banda de passagem CE Cnd. de cntrn (" bypass") Crcuts Electróncs Báscs 50

45 Andar de Emssr Cmum cm degeneraçã de emssr v v = r π + R ( + β ) R = = rπ + (1 + β) R b E b b E v β β gm cc = Gv m = βb = β Gm = = R R r + (1 + β) R 1+ g R π E m E (se β»1) Crcuts Electróncs Báscs 51

46 Andar de Emssr Cmum cm degeneraçã de emssr [ ] v = r g v v x 2 x m2 π2 π2 v = ( r // R ) π2 π1 v R = = r [ 1 + g ( r // R )] + r // R x x 2 m2 π1 E π1 E x «r [ 1 + ( // )] x 2 m2 π1 E Crcuts Electróncs Báscs 52 E R r g r R x

47 Andar de Clectr Cmum Segudr de Emssr Funcna cm buffer de tensã (andar de slament). Tem resstênca de entrada elevada e resstênca de saída baxa. Crcuts Electróncs Báscs 53

48 Andar de Clectr Cmum Segudr de Emssr R = R // R // r ; v = r + R ( + β ) ' ' E E l π b b b v R = = rπ + (1 + β ) R v b ' ( 1 β ) br ; b = + = ' (1 + β ) R E Av = 1 ' r + ( 1 + β ) R π E E v R ' E» r π E + β ' (se (1 ) R» rπ ) E vx vx = ; = (1 + β ) r + R R // r b x b π g E R 1 x 1 ( 1 + β ) = = + v R // r r + R x E rπ + Rg R = RE // r // ( 1+ β ) π g Crcuts Electróncs Báscs 54

49 Andar de Base Cmum Esq. ncremental em T R = r g bax R = R 1 e m C elevad se fnte de crrente sladr de snas representads pr crrentes: ganh de crrente 1 Crcuts Electróncs Báscs 55