Amplificadores de Estágio Simples (1) Aula 5 Prof. Nobuo Oki

Transcrição

1 Amplificadores de Estágio Simples (1) Aula 5 Prof. Nobuo Oki

2 Estágio Amplificadores Simples (1)

3 Estágio Amplificadores Simples (2)

4 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.

5 Conceitos Básicos (2) Compromisso de desempenho no projeto de amplificadores:

6 Estágios Fonte Comum

7 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

8 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:

9 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.

10 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.

11 Estágios Fonte Comum Exemplo 2: Desenhe a corrente de dreno e a transcondutância de M1 como função de tensão de entrada.

12 Estágios Fonte Comum Se o efeito de modulação de comprimento do canal for considerado, Assim, Note que Modelo a pequenos sinais: Tem-se, Assim,

13 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,

14 Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(2)

15 Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (1)

16 Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (2) Derivação do ganho de tensão a pequenos sinais Substituindo (3) em (2) Substituindo (4) em (2)

17 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.

18 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

19 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:

20 Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (1) Exemplo 7 :Estágio Fonte comum com qualquer tipo de carga. Assim,

21 Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (2)

22 Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (3) Cargas em série: Cargas em paralelo:

23 Exemplo 8 : Estágio Fonte Comum (1) Qual é o ganho de tensão deste amplificador? Note que Assim

24 Exemplo 9 : Estágio Fonte Comum (2) Qual é o ganho de tensão deste amplificador? Exemplo 10 : Qual é o ganho de tensão deste amplificador?

25 Estágio Fonte Comum (3) Exemplo 11: Se M1 e M2 se encontram na região de saturação, qual é o ganho de tensão deste amplificador.

26 Estágio Fonte Comum com Degeneração da Fonte (1) If we ignore l and g : Com a degeneração de fonte, a transcondutância é mais linear!!

27 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

28 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,