Circuitos Electrónicos Básicos

Transcrição

1 Andar de Emissor comum: ondensadores com alor irrealizáel em esistências com área eleada Elementos passios com dispersão de parâmetros da ordem de 10% Par iferencial Motiação Par diferencial: ircuito fundamental em microelectrónica Amplificador: função analógica linear básica; entrada diferencial; saída diferencial ou simples; entrada de ampop s. Multiplicador: função analógica não-linear básica; modulador ou detector de fase (muito usado em comunicações) Família lógica EL: muito rápida; aplicações específicas. ircuitos Electrónicos Básicos

2 Par iferencial ircuito Par diferencial: ircuito fundamental em microelectrónica Bipolarou MO: carga resistia, circuito simétrico carga actia. omponente de modo diferencial = antisimétrica de modo comum = simétrica ircuitos Electrónicos Básicos 3

3 Par iferencial omponentes diferencial e de modo comum 1 = = c =0 c não afecta correntes e tensões na saída. Limites de modo comum: aturação de Q 1 e Q ou saturação dos transistores da fonte de corrente Par totalmente desequilibrado. ircuitos Electrónicos Básicos 4

4 Par iferencial aract. de transferência: entrada diferencial Q = Q ; V 1 V 1 = ; = BE1 BE i e i e i i = + ; α 1 α α A V BE1 V V = e + e α α i = ; i = V V ircuitos Electrónicos Básicos 5 BE α 1+ e 1+ e

5 Par iferencial aract. de transferência: entrada diferencial q i e i não dependem de ( V ) 1 A par totalmente desequilibrado se i1 = g {{ m BE1 α V tanθ 1 = = = V i ; = V i ; o1 1 o «V i 4V = 100mV g 4V o = o 1 o = ( i i1) = α tanh V > 4V amplificador linear (na prática considera-se para < 10 mv ) útil como limitador ou em circuitos lógicos ircuitos Electrónicos Básicos 6 m

6 ( ) i1 + i = α ; = BE1 BE + e ie1 ie ; normalmente» V e ( - ) i i BE 1 1 «e despreza-se BE (na prática < e ) 4 i1 i i1 + e e linear i1+ i i e i1» e i 0» e i1 0 «e i linear com maior amplitude de, mas menor ganho = Par iferencial egeneração de emissor o1 ircuitos Electrónicos Básicos e 7

7 Par iferencial Func. dinâmico linear ircuitos Electrónicos Básicos 9

8 Ganho i + i = α ; i = i 1 1 linearização: i = i = g ; g = m α id o1 = V gm α id o = V + gm = = be BE1 BE m α V o1 o m Par iferencial Func. dinâmico linear ircuitos Electrónicos Básicos 10 o id = = g 1 saída gm num colector diferencial: Ad = = m id gm entre colectores saída Ganho de modo comum: Ac = = 0 com simetria perfeita e fonte ideal c

9 ircuitos com eixo de simetria Excitação anti-simétrica Ligações cortadas pelo eixo de simetria: tensão à massa constante POEM LGA-E À MAA Par iferencial eorema da Bissecção ircuitos Electrónicos Básicos 11

10 Par iferencial Ganho diferencial c1 m c m o1 m id A d1 id = g id =+ g = g 13 A d 1 = Ganho diferencial do andar de emissor comum ircuitos Electrónicos Básicos 1

11 Par iferencial eorema da Bissecção ircuitos com eixo de simetria Excitação simétrica Ligações cortadas pelo eixo de simetria: cortam linhas equipotenciais POEM E UPMA porque correntes e tensões em repouso e incrementais não se alteram ircuitos Electrónicos Básicos 13

12 Par iferencial eorema da Bissecção i b β = = 1 icm icm rπ + ( 1+ β ) EE EE 1 se rπ«β EE EE» E E» V g m andares de emissor comum com degeneração de emissor, independentes. c r p EE ßi b o1 ircuitos Electrónicos Básicos 14

13 Par iferencial Ganho diferencial e de modo comum 1 ( ) + 1 = gm 1 EE 1 ( ) + =+ gm 1 E E ( ) 1 = 1 = gm ircuitos Electrónicos Básicos 15

14 saída num colector: Par iferencial elação de rejeição do modo comum M ommon-mode ejection atio [db] 1 1 EE 1 gm = = gme = V Ad saída entre colectores: = (com simetria perfeita) A Assimetria em = = : A A = + = EE d c c EE + EE 1 interessa eleado fonte de corrente = EE { EE A ircuitos Electrónicos Básicos 17

15 Par iferencial mpedâncias de entrada esistência de entrada diferencial ic id ic esistência de entrada de modo comum d c i b i b c d i b i b i b r p ßi b ßi b r p r p ßi b ßi b r p i b E E id = r π ic ic rπ = = + i ( β ) = ri + i + i ic π b EE b b b ( 1+ β) ( muito eleada) EE ircuitos Electrónicos Básicos 18

16 V Par iferencial ensão de desio offset oltage V 1 o1 1 o1 =0 1 o1 0 Q1 Q = V = 0 1 O o1 VO = VBE1 VBE = V ln o1 = 0 11 = pequenas assimetrias em : ( ) = + = 1 1 = = = + = = = Q 1 Q ( ) 1 V O Q 1 Q -V EE -V EE ( ) V O = V «ln « ln = V V ln 1 1 porque se ε«1: ε 1 ε ε ε 1 + ln( 1 ε) ε ( ε) ircuitos Electrónicos Básicos 19 V O V O V +

17 Par iferencial ensão de desio Variação estatística 1 V o1 1 V o1 =0 Q 1 Q V O Q 1 Q VO V + ; ariáeis aleatórias -V EE aso mais desfaoráel (worst case) istribuição estatística assimetrias máximas somar! média µ ( x) ar. aleatória x desio padrão σ( x) ex: 3%, 15% VO 4.5mV ex: µ = 0; σ = 0.01; µ = 0; σ = 0.5 Nota: define-se corrente µ ( VO ) = V µ + µ = 0 de desio de forma análoga σ ( VO ) = V σ + σ = 1.7mV ircuitos Electrónicos Básicos 0 -V EE

18 Par iferencial com arga Actia i o Q = Q ; Q = Q ; em repouso: ( β ) ( ) ( ) = 3 VBE4 = VBE3 1,,3, 4 = = 1 VA caraterística de transferência: i α = ; i = 1 + α V V 1+ e 1+ e io = i4 i i1 i = α tanh V ircuitos Electrónicos Básicos 1

19 Par iferencial com arga Actia egime incremental ranscondutância d r p i o g m d r o //r o4 o saída em c.c e i = i i = g g g = gm = gm 1 = gm = V d d o 1 m1 m m d esistência de entrada diferencial id = r π V ( resist. de modo comum muito eleada) esistência de saída o = ro // ro4 ( podeobter-se do esq. inc. ) A ( circ. assimétrico não se pode aplicar teor. Bissecção) Ganho de tensão diferencial em azio ( // ) A = g r r d m o o4 ircuitos Electrónicos Básicos

20 Q 1 Par diferencial MO aracterística de transferência = Q ( at.); λ 0; despreza-se ef. corpo. ( ) ; ( ) i = k V i = k V 1 G1 t G t i + = 1 = G1 G = 1 i i 1 i 1 0 k i 1 = + k 4 k i = k 4 otalmente desequilibrado: k k + = ircuitos Electrónicos Básicos 4 i k i 1 = ; i = 0 se = ( VG Vt) k i 1 = 0; i = se = VG V k i k ( ) t

21 Par diferencial MO, Func. inâmico linear = gm( 1 ) 1 + =+ gm( 1 ) O1 = 1 = gm( 1 ) 1 ensão de desio ( VO) V MO { ( V ) W VG V t L = + W 10mV V L ( V ) ( V ) típico: O» MO O JB mV 1mV ircuitos Electrónicos Básicos 5 O JB = V +

22 Par iferencial MO com arga Actia egime incremental ranscondutância saída em c.c e λ 0 d g m d r o //r o4 i o o i = i i = g g = g gm = gm 1 = gm = V V d d o 1 m1 m m d esistência de entrada diferencial id = esistência de saída = r // r o o o4 G ( pode obter-se do esq. inc. ) ( circ. assimétrico não se pode aplicar teor. Bissecção) Ganho de tensão diferencial em azio 1 V A = g r r r r A ( // ) = = ( = ) d m o o4 o o4 VG V λ VG V ircuitos Electrónicos Básicos 6