Sedra/Smith Microelectronic Circuits 5/e

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1 PowerPoint Overheads for Sedra/Smith Microelectronic Circuits 5/e 2004 Oxford University Press.

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3 Introduction to Electronics 3

4 Sinal: todo meio que contenha informações de interesse. Exemplo: Informações sobre o tempo: Temperatura do ar Pressão Velocidade do vento Exemplo: Curva diária do preço do barril do petróleo Exemplo: A voz de um narrador ao ler as notícias de um jornal produz um sinal acústico. O microfone é um TRANSDUTOR, que converte este sinal para a forma elétrica. 4

5 Representações para sinais elétricos v ( t) R i ( t) s = s s Figure 1.1 Two alternative representations of a signal source: (a) the Thévenin form, and (b) the Norton form. 5

6 Sinal no domínio do tempo Figure 1.2 An arbitrary voltage signal v s (t). 6

7 Sinal Senoidal v ( t) V sen( wt) a = a w = 2πf rd/s Freqüência angular f = 1 T Hz Freqüência Figure 1.3 Sine-wave voltage signal of amplitude V a and frequency f = 1/T Hz. The angular frequency v = 2pf rad/s. 7

8 Sinal de onda quadrada Série de Fourier: 4V ( t) = (sin w0t + sin3w0 t + sin5w0 t + sin 7w t K) π v 0 Figure 1.4 A symmetrical square-wave signal of amplitude V. 8

9 Representação gráfica do espectro de um sinal de onda quadrada Espectro de frequências Figure 1.5 The frequency spectrum (also known as the line spectrum) of the periodic square wave of Fig

10 Espectro de freqüências de um sinal não periódico Sinais de áudio: espectro de freqüências compreendido entre 20 Hz e 20KHz. Sinal de vídeo analógico: espectro de freqüências compreendido entre 0 Hz e 4,5 MHz. Figure 1.6 The frequency spectrum of an arbitrary waveform such as that in Fig

11 Sinais Analógicos x Sinais Digitais Sinal contínuo no tempo ou sinal analógico Eletrônica analógica Sinal discreto no tempo Eletrônica digital Figure 1.7 Sampling the continuous-time analog signal in (a) results in the discrete-time signal in (b). 11

12 Sinal Digital Binário Números representados na base 2 Figure 1.8 Variation of a particular binary digital signal with time. 12

13 Conversor Analógico Digital D = b N b1 2 + b2 2 + K + b N 12 1 Figure 1.9 Block-diagram representation of the analog-to-digital converter (ADC). 13

14 Amplificadores de Sinais Os transdutores muitas vezes fornecem sinais na faixa de alguns micro-volts ou mili-volts. Se: v ( t) Av ( t) o = i O amplificador é linear. A ganho do amplificador Caso contrário dizemos que o amplificador introduz DISTORÇÃO. 14

15 Amplificadores de sinais Terra do circuito Figure 1.10 (a) Circuit symbol for amplifier. (b) An amplifier with a common terminal (ground) between the input and output ports. 15

16 Amplificador de Tensão Característica de transferência Ganho de tensão: A = v v v O I Figure 1.11 (a) A voltage amplifier fed with a signal v I (t) and connected to a load resistance R L. (b) Transfer characteristic of a linear voltage amplifier with voltage gain A v. 16

17 Ganho de Potência e Ganho de Corrente ganho de corrente: A = i i i O I ganho de potência: voio A p = = v i I I A v A i Ganhos em Decibéis A db) = 20log A A db) = 20log A v ( v i ( i Ap ( db) = 10log Ap 17

18 Fontes de Alimentação do amplificador P dc + = V1I1 V2I2 P dc + PI = PL + Pdissipada η = P P L dc 100% Figure 1.12 An amplifier that requires two dc supplies (shown as batteries) for operation. 18

19 Saturação do Amplificador Para não ocorrer distorção: L L vi + Av Av Figure 1.13 An amplifier transfer characteristic that is linear except for output saturation. 19

20 Característica de Transferência não linear e polarização Figure 1.14 (a) An amplifier transfer characteristic that shows considerable nonlinearity. (b) To obtain linear operation the amplifier is biased as shown, and the signal amplitude is kept small. Observe that this amplifier is operated from a single power supply, V DD. 20

21 Exemplo 1.2 Um amplificador transistorizado tem a seguinte característica de transferência: v O = e 40v I para v 0 e v 0. 3V I O Determine L - e L + e os respectivos valores de v I. Determine a tensão de polarização V I que resulta em V O = 5V e o ganho de tensão no ponto de operação. Figure 1.15 A sketch of the transfer characteristic of the amplifier of Example 1.2. Note that this amplifier is inverting (i.e., with a gain that is negative). 21

22 Convenção de símbolos Valor instantâneo total Amplitude Componente C.C. Figure 1.16 Symbol convention employed throughout the book. 22

23 Amplificadores de Tensão v v o i = v v v v o i o s = = Figure 1.17 (a) Circuit model for the voltage amplifier. (b) The voltage amplifier with input signal source and load. 23

24 Amplificadores em Cascata Calcular: A v, A i e A p. Expressar estes valores em decibéis Figure 1.18 Three-stage amplifier for Example

25 Os quatro tipos de amplificadores Amplificador de tensão Amplificador de corrente Amplificador de transcondutância Amplificador de transresistência Table 1.1 The Four Amplifier Types 25

26 O transistor bipolar R = 5 KΩ r = 2, 5KΩ g = 40mA/ V r = 100KΩ R = KΩ S π m o L 5 v v o s =? Figure 1.19 (a) Small-signal circuit model for a bipolar junction transistor (BJT). (b) The BJT connected as an amplifier with the emitter as a common terminal between input and output (called a common-emitter amplifier). (c) An alternative small-signal circuit model for the BJT. 26

27 Exercício 1.20 Determine a resistência de entrada do amplificador, R in. Figure E

28 O inversor lógico Figure 1.28 A logic inverter operating from a dc supply V DD. 28

29 Característica de transferência de tensão Definições: V IL Máxima tensão de entrada que será interpretada como nível lógico 0. V IH Mínima tensão de entrada que será interpretada como nível lógico 1. NM H = V OH V IH Margem de ruído em nível alto. NM L = V IL V OL Margem de ruído em nível baixo. Figure 1.29 Voltage transfer characteristic of an inverter. The VTC is approximated by three straightline segments. Note the four parameters of the VTC (V OH, V OL, V IL, and V IH ) and their use in determining the noise margins (NM H and NM L ). 29

30 Característica de transferência de tensão ideal V NM H = NM L = 2 LL Figure 1.30 The VTC of an ideal inverter. 30

31 Implementação de Inversores TTL Figure 1.31 (a) The simplest implementation of a logic inverter using a voltage-controlled switch; (b) equivalent circuit when v I is low; and (c) equivalent circuit when v I is high. Note that the switch is assumed to close when v I is high. 31

32 Implementação de Inversores CMOS Figure 1.32 A more elaborate implementation of the logic inverter utilizing two complementary switches. This is the basis of the CMOS inverter studied in Section

33 Implementação de Inversores ECL Figure 1.33 Another inverter implementation utilizing a double-throw switch to steer the constant current I EE to R C1 (when v I is high) or R C2 (when v I is low). This is the basis of the emitter-coupled logic (ECL) studied in Chapters 7 and

34 Figure 1.34 Example 1.6: (a) The inverter circuit after the switch opens (i.e., for t 0+). (b) Waveforms of v I and v O. Observe that the switch is assumed to operate instantaneously. v O rises exponentially, starting at V OL and heading toward V OH. 34

35 Atrasos de propagação Figure 1.35 Definitions of propagation delays and transition times of the logic inverter. 35

36 Problema 1.6 Determine expressões para V O e R O. Figure P1.6 36

37 Problema 1.10 Divisores de Corrente Determine expressões para as correntes I 1 e I 2. Figure P

38 Problema 1.14 Figure P

39 Problema 1.15 Aplique repetidamente o teorema de Thévenin e determine o circuito equivalente de Thévenin do nó 4 para terra. Figure P

40 Problema 1.16 Determine as correntes no circuito e a tensão no nó comum usando dois métodos: 1 Chame de I 1 e I 2 as correntes nos resistores R 1 e R 2 respectivamente. Escreva duas equações de malhas. 2 Chame de V a tensão no nó comum. Escreva uma equação de nó. Figure P

41 Figure P

42 Figure P

43 Figure P

44 Figure P

45 Figure P

46 Figure P

47 Figure P

48 Figure P

49 Figure P

50 Figure P

51 Figure P