Aula 7: O MOSFET como Amplificador III

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1 Aula 7: O MOSFET como Amplfcador III 150 Aula Matéra Cap./págna 1ª 03/08 Eletrônca I PSI3322 Programação para a Prmera Proa Estrutura e operação dos transstores de efeto de campo canal n, característcas tensão-corrente. Sedra Cap. 4 p ª 05/08 Dedução da equação de corrente do MOSFET canal n, resstênca de saída na saturação, Exemplo 4.1. Sedra, Cap. 4 p ª 10/08 Característcas do MOSFET canal p, efeto de corpo, sumáro, exercícos. Sedra, Cap. 4 p ª 12/08 Polarzação cc. Exemplos 4.2, 4.5 e 4.6. O MOSFET como amplfcador e como chae (apenas destacar a cura de transferênca) Sedra, Cap. 4 p ª 17/08 O MOSFET como amplfcador, modelo equalente para pequenos snas, Exemplo Sedra, Cap. 4 p ª 19/08 Confgurações báscas de estágos amplfcadores MOS. Concetuação. Fonte comum e fonte comum com resstênca de fonte. Sedra, Cap. 4 p ª 24/08 esposta em baxa frequênca do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p ª 26/08 esposta em alta frequênca do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p ª Aula de ExAula aulsa de exercícos (horáro 13:00h 15:00h) 1a. Semana de proas (29/08 a 02/09/2016) Data: xx/xx/2016 (xx fera) Horáro: xx:xxh 151 1

2 7ª Aula: O Transstor de Efeto de Campo O MOSFET como Amplfcador Ao fnal desta aula ocê deerá estar apto a: - Explcar a eolução e os tpos de confgurações báscas de amplfcadores - Determnar os parâmetros de desempenho de um amplfcador (ganhos de tensão e corrente, resstêncas de entrada e de saída) para as confgurações fonte comum sem e com resstênca de fonte - Explcar a cura de resposta em frequêncas de um amplfcador, dentfcando a regão de frequêncas médas e as frequêncas de corte nferor e superor Parâmetros de Crcutos Amplfcadores Amplfcador de Tensão o A n A o (max A ) Carga L o Carga Carga L A A o Carga L o s (max A ) Carga curto x o x 0 Amplfcador de Tensão o o sg Carga out x x sg 0 elações n + sg n sg A L A o L + o A o m o A o Ao + sg L o + n L o n + sg L + o L out 2

3 Confgurações Báscas de Amplfcadores MOS em Crcutos Integrados carga passa carga passa carga ata I D mas constante I D total// constante (se I deal) Porque manter I D constante? A V d gs g m ( D // ro // L ) D W 2mV/ C gm k n..( VS Vt) S L S VS ca fortemente com a temperatura g m 2I D ( V V ) S establzar I D t Depender apenas de V t 3

4 Confgurações mas comuns para Amplfcadores MOS carga ata Fonte Comum (CS) Porta Comum (PC) Dreno Comum (DC) O Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) em AC: 4

5 O Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) A V, n, out, V n Carga L n ( ) A o Carga L A g ( // r // ) m D o L O Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) A V, n, out, V sg gs + sg out x x sg 0 ( r // ) out o D. o o sg Carga sg L Carga L + sg A A g ( // r // ) m D o L 5

6 esumo Amplfcador Fonte Comum (sem s ) A g ( // r // ) m D o L n ( r // ) out o D + sg A O Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) A V, n, out, V Análse NO CICUITO Análse no Crcuto 6

7 Um Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) Alternato: O Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte Amplfcador Fonte Comum Tradconal Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte Um Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) Alternato: O Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte ( V ) 2 W S D k n L 2 t S D 7

8 Um Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) Alternato: O Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte Um Modelo para Pequenos Snas Alternato: O Modelo T para Pequenos Snas 8

9 Um Modelo para Pequenos Snas Alternato: O Modelo T para Pequenos Snas com r o Os Modelos para Pequenos Snas para o FET (utlzados neste curso) Modelo Tradconal Modelo T 9

10 Um Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) Alternato: O Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte Um Amplfcador MOS Fonte Comum (CS) Alternato: O Amplfcador Fonte Comum com esstênca de Fonte n sem r o ( D // L) (análse complcara) o ( D // L) d 1 ( + S ) gm gm A ( D // L) 1 + g A m D L m s s A + sg out s x x sg 0 out D (não temos r o ) ( // ) se g >> 1 10

11 esumo Amplfcador Fonte Comum (com/sem s ) sem s com s Uma palara sobre Crcutos Amplfcadores Amplfcador de Tensão C C1 C C2 C C1 C C2 11

12 Uma palara sobre Crcutos Amplfcadores C C1 Amplfcador de Tensão C C2 sg A o C C1 C C2 Crcutos (fltros) Passa Altas (PA) 1 A + 1 ω 1 j 0 jωc ω com 1 ω τ 0 s Ts ( ) s + ω se 1k Ω e C 1μF τ C 1μF 1k Ω 0, 001seg 1/ τ 1k rad/s 0 A -20dB/década 0dB -3dB Aprox. p/ Assíntotas 1 ω τ 0 f esposta em frequênca de um Amplcador estudamos esta regão (frequêncas médas ou regão de patamar) A A pex.. A g ( // r // ) M M m D o L Faxa de Passagem (Bandwdth) f H -f L

13 Materal Adconal sto em crcutos elétrcos Fesão de Fltros C: esão da Construção de Dagramas de Bode Traçando espostas em Frequênca de uma manera smples Como traçar respostas em frequênca de uma manera efcente? O domíno de Laplace, assocado às técncas desenoldas por H. Bode, nos permtem fazer sso de manera razoaelmente smples. Neste Curso estaremos ldando com funções de transferênca de 1ª ordem e crcutos estáes (que não geram snas por s própros) Neste caso basta sabermos: A função de transferênca T(s) do crcuto a constante de tempo τ do crcuto lembre-se que ω 0 1/τ 1/C para crcutos C de prmera ordem

14 Traçando espostas em Frequênca de uma manera smples Em mutos casos não precsamos substtur s por jω para compreender o comportamento do crcuto. Em geral, para os crcutos que estaremos estudando, T(s) pode ser expressa na forma: T ( s) T ( s) a a s + a m m 1 m m 1 n n 1 s + bn 1s + m + + a + b onde m < n e as raízes do denomnador são números reas negatos. Nesse caso especal, é conenente expressar T(s) na forma: 176 s ( s Z1)( s Z ( s P )( s P ) ( s Z ) ( s P onde a m éuma constante multplcata (não é o ganho, como eremos), z m são os zeros da função e p n são os polos da função, sendo p n ω n. Se conhecermos a m, os zeros e os polos (em nosso curso números negatos reas), usando a técnca de Bode, podemos desenhar a resposta em frequênca do crcuto. n 0 ) ) m Ts ( ) K esumo das espostas em Frequênca de Crcutos CTS K anho K T(s) K T(s) (db) 20 log K Fase 0 Ts ( ) s Df T(s) s +20dB/dec Fase 90 1 Ts ( ) s Int T(s) 1/s 20dB/dec Fase 90 Ts ( ) 1 + s/ ω 0 T(s) 1+s/ω 0 freq corte (f c ): 1/τ +20dB/dec Fase + 45 em f c 1 Ts ( ) 1 + ( s/ ω ) 0 T(s) 1/(1+s/ω 0 ) freq corte (f c ): 1/τ 20dB/dec Fase 45 em f c

15 Para os nossos Crcutos Funções de transferênca de 1ª ordem com polos e zeros sempre reas, portanto na forma geral: a1s + a0 T ( s) s + ω a0 a0 1 Ts ( ) s + ω ω s/ ω PB 0 PA as 1 a1 1 Ts ( ) s s + ω ω s/ ω Procedmentos para construr Curas de Bode 1. Obtenha a função de transferênca H(s) 2. eescrea a função fazendo tanto o menor termo do numerador como do denomnador serem untáros. 3. Separe a função em seus termos báscos 4. Identfque a constante, os zeros e os polos da função 5. Desenhe as curas de Bode para cada um dos termos 6. Desenhe a cura de Bode global, começando da esquerda para a dreta e somando a nfluênca dos termos em cada ponto

16 Exemplo 1: Trace o Dagrama de Bode para a função : Obtenha a função de transferênca H(s) eescrea a função fazendo tanto o menor termo do numerador como do denomnador serem untáros. Separe a função em seus termos báscos Identfque a constante, os zeros e o polos da função Desenhe as curas de Bode para cada um dos termos Desenhe a cura de Bode global, começando da esquerda para a dreta e somando a nfluênca dos termos em cada ponto (1) K 3,3 e fase 0º ( 10,4dB) (2) Polo em 30 rad/s e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) 180 Exemplo 1: Trace o Dagrama de Bode para a função : E a fase? (1) K 3,3 e fase 0º ( 10,4dB) (2) Polo em 30 rad/s e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo)

17 Exemplo 2: Trace o Dag. de Bode para a função: Obtenha a função de transferênca H(s) eescrea a função fazendo tanto o menor termo do numerador como do denomnador serem untáros. Separe a função em seus termos báscos Identfque a constante, os zeros e o polos da função Desenhe as curas de Bode para cada um dos termos Desenhe a cura de Bode global, começando da esquerda para a dreta e somando a nfluênca dos termos em cada ponto (1) K 0,1 e fase 0º ( -20dB) (2) Polo em 10 rad/s com -20dB/dec e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) (3) Polo em 100 rad/s com -20dB/dec e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) (4) Zero em 1 rad/s com +20dB/dec e fase +45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) 182 Exemplo 2: Trace o Dag. de Bode para a função: (1) K 0,1 e fase 0º ( -20dB) (2) Polo em 10 rad/s com -20dB/dec e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) (3) Polo em 100 rad/s com -20dB/dec e fase -45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo) (4) Zero em 1 rad/s com +20dB/dec e fase +45º no polo (0º em 1/10 do polo e -90º em 10x o polo)

18 Exemplo E.1 10s T ( s) 2 5 ( 1 + s / 10 )( 1 + s / 10 ) 1 1 Ts ( ) 10. s ( 1+ s/ 10 ) ( 1+ s/ 10 ) constante multplcata 10 (4) zeros: s 0 (1) polos: s 10 2 (2) e 10 5 (3) Fgure E.1 Bode plot for the typcal magntude term. The cure shown apples for the case of a zero. For a pole, the hgh-frequency asymptote should be drawn wth a 6-dB/octae slope. 184 Exemplo E.1 Fgure E.2 Bode plots for Example E