Amplificadores de Estágio Simples (2) Aula 6 Prof. Nobuo Oki

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1 Amplificadores de Estágio Simples (2) Aula 6 Prof. Nobuo Oki

2 Cálculos das Impedâncias de Entrada e de Saída a Pequenos Sinais (1) Como calcular as impedâncias (ou admitâncias) de entrada e de saída de um amplificador? Nas seções seguintes, assume-se que o amplificador seja um amplificador de tensão, cuja entrada e saída sejam tensões. Mas o conceito pode ser estendido para outros tipos de amplificadores, tais como amplificadores de corrente ( entradas e saídas são correntes), amplificadores de transimpedância ( entrada é corrente e saída é tensão) e amplificadores de transcondutânica (entrada é tensão e a saída é corrente). 1. Impedância de entrada Método A: i) Aplica-se vtst à entrada, desenha-se o modelo a pequenos sinais. ii) Calcula-se itst = f (vtst ). iii) A impedância de entrada é dada por e a admitância de entrada é

3 Cálculos das Impedâncias de Entrada e de Saída a Pequenos Sinais (2) Método B: i) Aplica-se itst à entrada, desenha-se o modelo a pequenos sinais. ii) Calcula-se vtst = f (itst ). iii) A impedância de entrada é dada por e a admitância de entrada é

4 Cálculos das Impedâncias de Entrada e de Saída a Pequenos Sinais (3) 2. Impedância de saída Método A: i) Faz-se vin=0, ou se a entrada for uma fonte de corrente, faz-se iin=0. ii) Aplica-se vtst a saída e obtêm-se o modelo a pequeno sinais. iii) Calcula-se itst = f(vtst). iv) A impedância de saída é dada por e a admitância de saída é Método B: i) Faz-se vin=0, ou se a entrada for uma fonte de corrente, faz-se iin=0. ii) Aplica-se itst a saída e obtêm-se o modelo a pequeno sinais. iii) Calcula-se vtst = f(itst). iv) A impedância de saída é dada por e a admitância de saída é

5 Cálculo de Impedância de Saída (1) Exemplo: Calcule a impedância de saída do seguinte circuito, assumindo que M1 e M2 na região de saturação. Os parâmetros a pequenos sinais de M1 e M2 são mostrados na tabela seguinte. Nota: Como gmb não é 0, leva-se o efeito de corpo em consideração. Como gds não é 0, considera-se o efeito de comprimento de canal. Solução: (1) Seja vin=0, e obtêm-se o diagrama a pequenos sinais. (2) Aplica-se itst à saída. O modelo a pequenos sinais é mostrado na Fig. 1.

6 Cálculo de Impedância de Saída (2) Note que vgs1=0, e vbs1=0, assim as duas fontes de correntes controlada por tensões na Fig. 1 são realmente 0 (veja Fig. 1). Pode-se então redesenhar a Fig. 1 como a Fig. 2. (3) Da Fig. 2, de acordo com a KCL, Assim

7 Cálculo de Impedância de Saída (3) Note que, vg2=vb2=0, assim e Eq. (3)+Eq. (4)+Eq. (5), e combinando com a Eq. (1), obtêm-se, Da Eq. (6) pode-se escrever, (7) Substituindo a Eq. (2) na Eq. (7),

8 Cálculo de Impedância de Saída (4) Assim, Note que, e,sendo que a Eq. (9a) pode ser reescrita como, Importante:

9 Cálculo de Impedância de Entrada (1) Exemplo: 1) Assumindo l = 0, e g = 0, qual é a impedância de entrada do amplificador? 2) se l 0, e g 0, repita o passo 1). Note que VB é uma tensão de polarização CC. Solução: 1) Como l = 0, e g = 0, tem-se = 0 gds = 0 e gmb=0.desenhando o diagrama a pequenos sinais e aplicando vtst à entrada.

10 Cálculo de Impedância de Entrada (2) Da Fig. 1, têm-se, Assim 2) Como l = 0, e g = 0, tem-se gds = 0 e gmb = 0.Desenhando o diagrama a pequenos sinais como mostrado na Fig. 2 e aplicando vtst à entrada. De acordo com KCL.

11 Cálculo de Impedância de Entrada (3) Da Fig. 2, pode-se escrever Substituindo as Eqs. (2)-(5) na Eq. (1), obtêm-se Simplificando a Eq. (6) como Assim

12 Seguidores de Fonte (Amplificadores Dreno Comum) Terminal de entrada: porta; terminal de saída: fonte. Note que. Nem todos os processos permitem que a fonte e o substrato do transistor NMOS sejam conectados juntos. O gráfico abaixo mostra a influência disto.

13 Seguidores de Fonte (Amplificadores Dreno Comum)(2) Comportamento a grandes sinais Quando Vin<VT, M1 é aberto e Vout é 0. Quando Vin>VT, M1 vai para saturação. Como Vin aumenta, Vout segue Vin com a diferença de VGS. Quando Vin aumenta de uma certa tensão (excedendo VDD), M1 entra na região triodo, a tensão de saída torna-se constante e próximo a VDD.

14 Seguidores de Fonte (Amplificadores Dreno Comum)(3) Análise a pequenos sinais Aplicando a análise a pequenos sinais do circuito acima, obtêm-se o diagrama mostrado do lado direito. Note que, e Substituindo as Eqs. (2)-(5) na Eq. (1), e após algumas simplificações, obtêm-se, Assim

15 Exemplos de Seguidores de Fonte (1) Exemplo. Para o amplificador mostrado abaixo (lado esquerdo), assumindo, l 0, and g 0. 1) Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais? 2) Qual é a resistência de saída a pequenos sinais rout? 1) Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais? Solução: De acordo com KCL, têm-se onde Combinando-se as Eqs. (1a)-(1d), tem-se

16 Exemplos de Seguidores de Fonte (2) 2) Qual é a resistência de saída a pequenos sinais rout? Solução: Seguindo os passos para cálculo da resistência de saída, obtêm-se o diagrama a pequenos sinais e considerando vin=0. Aplicando-se a KCL, tem-se onde Substituindo as Eqs. (4a)-(4c) em Eq. (3) Assim

17 Exemplos de Seguidores de Fonte (3) Exemplo. Para o amplificador mostrado abaixo (lado esquerdo), assumindo, l 0, and g = 0. 1) Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais? 2) Qual é a resistência de saída a pequenos sinais rout? 1) Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais? Solução: De acordo com KCL, têm-se onde Combinando-se as Eqs. (1a)-(1c), tem-se

18 Exemplos de Seguidores de Fonte (4) 2) Qual é a resistência de saída a pequenos sinais rout? Solução: Seguindo os passos para cálculo da resistência de saída, obtêm-se o diagrama a pequenos sinais e considerando vin=0. Aplicando-se a KCL, tem-se onde Substituindo as Eqs. (4a)-(4b) em Eq. (3) Assim

19 Amplificadores Porta Comum (1) Em amplificador porta comum o sinal de entrada é aplicado no terminal de fonte, como mostra a Fig.1. A saída é obtida no terminal de dreno. A porta é conectada a uma tensão contínua para estabelecer as condições de polarização adequada. Note que a corrente de polarização de M1 flui através do sinal de entrada na fonte.

20 Amplificadores Porta Comum (2) Comportamento a grandes sinais Quando Vin>VB-VT, M1 está aberto, e Vout é VDD. Com o decréscimo de Vin e portanto de, M1 entra na região de saturação até Após isto, M1 é levado para região triodo.

21 Amplificadores Porta Comum (3) Análise a pequenos sinais Desenhando o diagrama a pequenos sinais, assumindo o transistor na saturação, l= 0 e g 0, Tem-se, Assim,

22 Amplificadores Porta Comum (4) Exemplo: Qual é a impedância de entrada do amplificador porta comum discutido anteriormente (assumindo l = 0, e g 0)? Solução: Para obter a impedância vista da fonte, utiliza-se o seguinte circuito equivalente: Aplicando-se a KCL, tem-se Da Fig. 1, tem-se Substituindo as Eqs. (2)-(3) na Eq. (1), tem-se Simplificando-se a Eq. (4a), tem-se Assim