Aula 9: Projeto de Amplificador MOSFET para pequenos sinais

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1 Aula 9: Prjet de Amplfcadr MOSFET para pequens snas 207 Eletrônca II PSI3322 Prgramaçã para a SegundaPra 9 Prjet Amplfcadr de pequens snas MOS para experment 06 de Auls lab de eletrônca 0 Amplfcadres MOS prta cmum e fnte cmum Sedra, Cap. 4 p Inersr CMOS: peraçã d crcut, característca de transferênca de tensã. Sedra, Cap. 4 p Inersr CMOS: peraçã dnâmca, crrente e dsspaçã de ptênca. (Exercíc de nersr CMOS para experment 07 de lab de eletrônca) Sedra, Cap. 4 p Amplfcadres dferencas cm MOS: ntrduçã, par dferencal, peraçã em pequens snas d par dferencal, ganh dferencal de tensã. Exercíc Ganh de md cmum, rejeçã de md cmum. Exercíc Fntes de crrente MOS, espelhs de crrente MOS e crcuts guas de crrente MOS. Exempl Prjet de Amplfcadr dferencal MOS para experment 08 de lab de eletrônca R Aula de repsçã das turmas T3 e T4 Sedra, Cap. 7 p Sedra, Cap. 7 p Sedra, Cap. 6, p Auls A Aula aulsa de exercícs ( hrár 3:00h 5:00h) 2 a. Semana de Pras (3/0 a 9/0/206) Data: xx/xx/206 (xx fera) Hrár: xx:xxh 208

2 9ª Aula: Prjet de Amplfcadr MOSFET para pequens snas A fnal desta aula cê deerá estar apt a: - Prjetar amplfcadres baseads em especfcações de desempenh - Identfcar s parâmetrs mas mprtantes de um MOSFET em seu mdel SPICE - Smular amplfcadres n SPICE para aldar seu prjet Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Parâmetrs ncas alres DD +5 Crrente de dren (I D ) 0, ma Snal de entrada ( sg ) Onda sendal de khz e 00 m pc-pc Resstênca de entrada 4,7 kω (R sg ) Resstênca de carga 00 kω (R L ) Frequênca de crte 80 Hz nferr (f L ) Assumrems que transstr tem as característcas meddas na experênca de labratór: t tensã de lmar,06 e k n k n W/L 0,56 ma/ 2 2

3 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Calcular plarzaçã e deps CA Na plarzaçã Cs aberts MOSFET em que regã? 0,mA t,06 k n k n W/L 0,56 ma/ 2 khz f L 80Hz 3

4 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Calcular plarzaçã e deps CA Na plarzaçã Cs aberts MOSFET em que regã? (nte que dad um I D tems GS ) Quas as tensões RD, RS e DS? GS t t e r nde λ λi DS GS D A λ0, r abert 0,mA t,06 k n k n W/L 0,56 ma/ 2 khz f L 80Hz ms em aulas anterres que para crcut abax (se na regã de saturaçã u trd) 0 0,333mA 8kΩ GS,86 2 DS ( deal) Q 3 DD 4

5 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Calcular plarzaçã e deps CA GS t Na plarzaçã Cs aberts DS GS t e r nde λ λid A MOSFET em que regã? (nte que dad um I D tems GS ) Quas as tensões RD, RS e DS? Adtams RD RS DS DD /3 λ0, r abert Lg DD /3 5 RS 50kΩ I D 0,m /3 5 khz DD RD 50kΩ I 0,m D alres cmercas: Entã 5 ( R + R ) I 5,6 DS D S cmercal D prjet 0,mA t,06 k n k n W/L 0,56 ma/ 2 f L 80Hz Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Se FET na saturaçã: GS t 2 W ( DS GS t e r nde λ GS ) 4,7 t ( ) λid A ID k n + λ DS L 2 W ( ) 2 GS ID kn L 2 0,56 0, GS,06 2,658 GS ( ) 2 Cm G GS + R S, , 6,358 G t 0,mA t,06 k n 0,56 ma/ 2 4,7 λ0, r abert 5,6 f L 80Hz 5

6 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum alres de R G e R G2? GS t Impedânca de entrada eleada, p.ex. ~MΩ 4,7 DS GS t e r nde λ G G2 M R R Ω λid A Tems um 5 lgad em um dsr resst (R G e R G2 ) e precsams bter exatamente 6,358. Lembrand que precsams usar alres cmercas para s resstres, tems duas alternatas: Chutams um resstr (R G2 MΩ e determnams utr, R G ~,5MΩ) e nesse cas G 6 e precsams recalcular GS e I D Ou arrems a sere de resstres cmercas (E6, E2, E24, até E 96) e encntrams melhr par de resstres 6,358 0,mA,658 t,06 k n 0,56 ma/ 2 4,7 λ0, r abert 5,6 f L 80Hz Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum A segunda alternata enle um algrtm, GS t que está dspníel na web pr exempl em: 4,7 DS GS t e r nde λ λid A 6,358 0,mA t,06 k n 0,56 ma/ 2 λ0, r abert 5,6,658 4,7 f L 80Hz 6

7 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum cmum (FC). O amplfcadr prjetad terá s parâmetrs de entrada da tabela. O Capactr CS curt-crcuta RS sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum Pela segunda alternata RG,MΩ e RG 2,5MΩ GS t 4,7 DS GS t e r λid nde λ A G 6,346 (err : 0,2%) Partms agra para a análse CA Mdel p/ peq. snas d MOSFET 0,mA 6,358 6,346 t,06 kn 0,56 ma/2 λ0, r abert 5,6,658 4,7 fl 80Hz gm DS W kn..(gs t ) L GS Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum cmum (FC). O amplfcadr prjetad terá s parâmetrs de entrada da tabela. O Capactr CS curt-crcuta RS sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum 4,7 d g m gs 0,mA 6,358 t,06 kn 0,56 ma/2 6,346,658 5,6 4,7 gm DS ma W kn..(gs t ) 0,56m(,658-,06) 0, 335 L GS 7 7

8 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum g m 0, 335 ma 47, kω R R G G2 635kΩ 00kΩ R s curtad pr C S em frequêncas médas! Amplfcadr de Tensã A R n A Carga RL Carga RL Carga RL A (max A ) R A Parâmetrs de Crcuts Amplfcadres Carga Carga s (max A ) Carga curt x R x 0 Amplfcadr de Tensã G sg Carga R ut x x sg 0 Relações Rn R + R R sg n sg A L A R R L + A G R m R R G A R R R R R G A R + Rsg G RL G R + R n L n + sg L + L ut 8

9 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum 47, kω R R G G2 635kΩ g m 0335, ma 00kΩ A Carga RL gm( RD RL) 0, 335( 47 00) 0, 7 A ( db) 20 lg( A ) 20, 6dB A g ( R ) 0, 335( 47) 5, 74 m D Carga A ( db) 20 lg( A ) 26, 3dB Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum 47, kω R R G G2 635kΩ g m 0335, ma 00kΩ G sg Carga RL A sg sg R 0, 7 G 0, 6 R + R sg G G ( db) 20 lg( G ) 20, 5dB G sg Carga A sg sg R 5, 74 G 5, 6 R + R sg G G ( db) 20 lg( G ) 23, 9dB 9

10 Uma palara sbre Crcuts Amplfcadres Amplfcadr de Tensã C C C C2 C C C C2 Uma palara sbre Crcuts Amplfcadres C C Amplfcadr de Tensã C C2 sg A C C C C2 Crcuts (fltrs) Passa Altas (PA) R A R + ω j 0 jωc ω cm ω τ 0 s Ts ( ) s + ω se R k Ω e C μf τ CR μf k Ω 0, 00seg / τ k rad/s 0 A -20dB/década 0dB -3dB Aprx. p/ Assínttas ω τ 0 f 0

11 Respsta em frequênca de um Amplcadr estudams esta regã (frequêncas médas u regã de patamar) A A pex.. A g ( R // r // R ) M M m D L Faxa de Passagem (Bandwdth) f H -f L 227 Amplfcadr Fnte Cmum Respsta em BAIXAS Frequêncas Aqu tems um crcut cm três fltrs RC PA Se esses fltrs terem frequêncas característcas mut dstntas ( ωc < 0ω u utra rdem ) 2 0 C C < ωc S pdems analsar efet de cada RC em separad s a + + Ts ( ) PA a s s ω0 ω0 s/ ω0 Dcas para determnar s pls e f L em crcuts: Reduza sg a zer Cnsdere efet de cada capactr separadamente, u seja s utrs caps sã curts Para cada capactr ache a resstênca ttal sta entre seus termnas. Essa resstênca multplcada pel C dá a cnstante de temp d crcut A M f e f f f P P3 P2 L s s s AM ( gs) s + ωp s + ωp2 s + ωp3 R G AM gm( RD RL) A ( ) M gm RD RL R sg G + R sg f P 2 πcc( RG + Rsg) gm fp2 fc(u fl) 80Hz 2πC s f P 3 2 πc ( R + R ) C2 D L

12 Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum g m 0335, ma C s f L gm 80Hz 2πC s gm 0335, m 067, μf 2π80 502, 7 R R R G G G 2 635kΩ f P e fp3 fp2 fl fp < fl 8 e fp3 < fl f P 8 CC 0, 03μF 2πCC( RG + Rsg) < > 2π. 8.( 635k + 4, 7k) f P3 8 CC2 0, 35μF 2πC ( R + R ) < > 2π. 8.( 47k + 00k) C2 D L Prjet de Amplfcadr Fnte Cmum sb pnt de sta de snal que sgnfca que estág é fnte cmum 50nF > 0, 35μF 33nF > 003, μf g m 0335, ma R R R 635kΩ G G G 2 680nF 067, μf ( f 80Hz) L 2

13 Respsta em frequênca de um Amplcadr estudams esta regã (frequêncas médas u regã de patamar) A A pex.. A g ( R // r // R ) M M m D L Faxa de Passagem (Bandwdth) f H -f L 232 Amplfcadr Fnte Cmum Respsta em Altas Frequêncas 233 3

14 Amplfcadr Fnte Cmum Respsta em Altas Frequêncas ω H R C sg f Ts ( ) A n H A M + s / ω R H g R G ' M m L RG + Rsg Rsg Rsg RG ' Cn Cgs + Cgd( + gmrl) ωh 2π 2 πc ( R R ) n G sg 234 4