Eletrônica Analógica - II

Transcrição

1 9/0/08 Elerônica Analógica - UNEAE ETA E ANTA ATANA ENT E ÊNA TENLÓGA EPATAMENT E ENGENHAA ELÉTA Elerônica Analógica - ELA00-08/ Prof. r. olney oelho incence olney.incence@udesc.br hp:// Elerônica Analógica - Aiso mporane coneúdo dos slides aqui apresenados não refleem odo o coneúdo abordado durane as aula. s exercícios e dealhameno da eoria, exposos nas aulas presenciais, não esão conidos neses slides. Ese maerial é para ser considerado apenas como de apoio e de referencia parcial necessiando complemenação com auxílio de liros, aposilas, guias de laboraório e lierauras afins. Maerial auxiliar pode ser enconrado disponibilizado na Biblioeca, em sies de fabricanes ou no sie da disciplina araés de exos e links.

2 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica -

3 9/0/08 Elerônica Analógica - ímbolo de ransisores Bipolar - BJT MFET Elerônica Analógica - 3

4 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica - 4

5 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica - AGAMA EM BL AMPLFA FEENAL UT E PLAZAÇÃ 5

6 9/0/08 Elerônica Analógica - EPELH E ENTE bjeios -Analisar a operação de um espelho de correne simples BJT ou MFET; - Analisar a operação dos espelhos imples, Wilson com compensação de correne de base, ascode e o Widlar; - eerminar os parâmeros de pequenos sinais dos espelhos de correne; - Analisar a operação de amplificadores com carga aia; - Usar o PE para análise e projeo. Elerônica Analógica - EPELH E ENTE M TBJ B =0 EF = EF Q B B Q E E - EE BEQ BE Q Q Q na região aia = = Efeio Early desprezíel B = B = B EF EF Para >> mpedâncias de enrada e saída 6

7 9/0/08 Elerônica Analógica - EPELH E ENTE M MFET = i i = i o G = G = 0 - M = M - M na região de sauração - Efeio Early desprezíel - ganho depende da dimensão dos ransisores Elerônica Analógica - onsiderando o efeio Early i e BE T E A /r 0 - A Esa E EF EE A BE EF A = Uilizando séries e desprezando parcela com A quadráico: Q E B B E Q EF EE BE A erro - EE Quano maior a diferença dos ces maior é o erro no ganho. 7

8 9/0/08 Elerônica Analógica - Uma fone de correne simples EF BE L r L L L A B E Modelo equialene, álido para Q na região aia ro A Elerônica Analógica - Espelho de correne com compensação da correne de base EF E o E EF EF 8

9 9/0/08 Elerônica Analógica - Espelho de correne de Wilson EF Q 3 EF Q Q EF A anagem dese espelho de correne é sua maior resisência de saída Problema: erro deido ao efeio Early r E BE o E BE Elerônica Analógica - Espelho de correne Wilson melhorado EF E E BE Q 4 + BE + - BE - Q 3 Q + BE - Q 9

10 9/0/08 Elerônica Analógica - Fone de correne de Widlar A anagem dese espelho de correne é rabalhar com correnes baixas de saída sem aumenar significaiamene a resisência para gerar ref. esa forma ref >> o. BE BE E BE BE T T ln ln EF E T ln EF Esa equação ranscedenal dee ser resolida numericamene Elerônica Analógica - 0

11 9/0/08 Elerônica Analógica - esisência de saída da fone de correne Widlar i g x m // r E x E E x i g x m r r o i r o x o r r - o - g m x x i x r o g m E r o r ( g ) o m E x g E m E ro i x + E Elerônica Analógica - UT E PLAZAÇÃ EPELH E ENTE M M sempre saurado EF W k n L P B M saurado G W k n L P B EF W L W L

12 9/0/08 Elerônica Analógica - Efeio de sobre W k n P L B A EF W L G W L A r o A Elerônica Analógica - ircuio guia de correne M ircuios Melhorados de Espelhos de orrene Espelho cascode M Padrão

13 9/0/08 Elerônica Analógica - ircuios guias de correne EF EE EB BE onsiderando odos os ransisores idênicos e muio alo: EF EF EF Elerônica Analógica - AMPLFAE FEENA 3

14 9/0/08 Elerônica Analógica - - Amplificador iferencial é um circuio elerônico capaz de receber dois sinais Ao mesmo empo e fornecer uma saída com o resulado que será a diferença amplificada deses sinais. - par diferencial (idealmene) responde a sinais diferenciais (diferença das ensões de enrada) e rejeia o modo comum (não reage a sinais idênicos). - Enrada simples ou diferencial -Terminação simples ou dupla. Enrada simples aída simples Elerônica Analógica - uposições: - Fones de correne ideais - esisências de base desprezíeis 3- BJT na região aia 4- omponenes casados Q = Q 5- esisência de saída do BJT infinia 4

15 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica - Enrada de modo comum ejeição na saída Enrada simples com alor alo - Q cora 5

16 9/0/08 Elerônica Analógica - Enrada simples com alor alo Q cora Enrada simples com alor baixo Q e Q conduz Enrada simples com alor alo Q cora Elerônica Analógica - PEAÇÃ M GANE NA i f E, 0 B B E B E B i i E E i.e E B E T i e E B B T i e E B B T B B i E e T i E T e 6

17 9/0/08 Elerônica Analógica - f ( ) i anh / a n h ( x ) e e x x e e x x -ó responde ao modo diferencial -Uma diferença pequena no sinal de enrada fará com que a correne circule oda por um dos ransisores m T - amplificador diferencial pode ser usado como chae de correne (família EL) elocidade muio ala (nenhum dos ransisores saura) Elerônica Analógica - EGENEAÇÃ E EM -esisência colocada no emissor para aumenar a faixa linear do ampdif. -eduz o ganho da esruura com o aumeno da linearidade. A r E 7

18 9/0/08 Elerônica Analógica - TENÃ E M MUM E FEENAL i i i i M i i i i M i i i M i Elerônica Analógica - A simeria do Ampdif permie simplificar sua análise conerendo as ensões de enrada em ensões diferenciais e de modo comum. 8

19 9/0/08 Elerônica Analógica - ANÁLE E PEQUEN NA Elerônica Analógica - 9

20 9/0/08 Elerônica Analógica - implificação usada para deerminação do ganho diferencial A ganho de modo comum A M Elerônica Analógica - 0

21 9/0/08 Elerônica Analógica - im i M M 0 im E ( ) nde r ( ) E Elerônica Analógica -

22 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica - AMPLFA FEENAL M AGA ATA Q 3 Q 4 i3 i 4 i + i i - Q Q - EE

23 9/0/08 Elerônica Analógica - AMPLFA FEENAL M AGA ATA Q Q e Q 3 Q 4 Q 3 Q 4 i 4 i3 i i i + - Q Q - EE i i o é al que Q e Q 4 operam na região aia B desprezíel i i i i g m g 3 4 i i 4 m g id id m id io G g m m Transconduância em curo-circuio id Elerônica Analógica - Ganho de ensão em circuio abero Modelo para pequenos sinais o id G m o + id i + o r r o o 4 - G m id - An ( p ) g o ( 4 ) m r T A o T An Ap 3

24 9/0/08 Elerônica Analógica - M = M M e M saurados Fone de correne ideal A ealizando-se análise de grandes sinais amos deerminar : i f ( ), G G G G id W i k L ( ) n G ( ) i i k n n o x i ( ) G id id G Função não linear Quadráica id linear G Elerônica Analógica - Para grandes sinais A 4

25 9/0/08 Elerônica Analógica - aracerísica de ransferência normalizada do par diferencial M Para grandes sinais Elerônica Analógica - PEAÇÃ M PEQUEN NA AMP. F. M + o o + od - Q Q - 5

26 9/0/08 Elerônica Analógica - peração em pequenos sinais do amp. dif. M i ( ) G id G id id G i ( ) id G id i g d m orrene diferencial Elerônica Analógica - Ganho de modo diferencial id Q od/ A d od id + id / g onsiderando saída simples: - m g m id / Ganho de modo comum (considerando saída simples) A d od id + od / - g m + + im icm g m g ocm - s - A cm 6

27 9/0/08 Elerônica Analógica - M (considerando saída simples) M g m esisência de enrada de modo diferencial id esisência de enrada de modo comum icm Elerônica Analógica - Amplificador diferencial M com carga aia + M 4 id - G m d M 3 i G i i M M G A o id G m o G m i o id g m o r r o o 4 7

28 9/0/08 Elerônica Analógica - AATEÍTA NÃ EA AMPLFA FEENAL esequilíbrios do amplificador iferencial BJT - Tensão de ffse os - orrenes de ffse os β - orrenes de Polarização p A d B B P P B B esequilíbrios do amplificador iferencial MFET - Tensão de ffse os T e W/L - orrenes de ffse os Não exise - orrenes de Polarização p Elerônica Analógica - AATEÍTA NÃ EA AMPLFA FEENAL A- Tensão de offse ( ) Q Q + - Q Q - EE - EE é a ensão que dee ser aplicada à enrada de modo que a ensão na saída seja igual a zero A d 8

29 9/0/08 9 Elerônica Analógica - é deida ao descasameno nos resisores e nos ransisores ANÁLE ) escasameno nos resisores (ransisores casados) m d g A T esisor de k com % de olerância (ariação de ±%) significa que aria de 00 para 990 (Δ = 0ohm) Elerônica Analógica - ) escasameno nos ransisores (resisores casados) E E T T T ignifica que a ariação na correne de emissor será a mesma ariação na correne s, iso é: T B E T E i.e

30 9/0/08 Elerônica Analógica - B - orrenes offse de enrada B B Perfeiamene simérico escasameno em B B orrene de offse B x x Quando x << B Elerônica Analógica - - orrenes de polarização P B B B a equação de Podemos represenas o descasameno na correne de offse Em função da correne de polarização B. Exercício: Para um amplificador diferencial com TBJ uilizando ransisores com =00, com descasameno máximo de 0%, e descasameno de áreas de 0% ou melhor, e resisores de coleor com descasameno de % ou melhor, enconre os alores de, B e. A correne de polarização é de 00 ua. descasameno em β, para as correnes de Polarização, não aparece., 5 5 m 5 0 n A 0, 5 u A B B 30

31 9/0/08 3 Elerônica Analógica - Tensão de offse - escasameno em, W/L e + o o + - od Q Q -. escasameno em iidindo pelo ganho g m G G gm G gm esequilíbrios do amplificador iferencial MFET Elerônica Analógica -. escasameno em W/L L W L W L W L W L W L W L W L W L W L W L W L W G 3. escasameno em G G n G G n L W k L W k G onsiderando Pode ser desprezado o ermo quadráico, assim:

32 9/0/08 Elerônica Analógica - NFGUAÇÃ ALNGTN Elerônica Analógica - NFGUAÇÃ ALNGTN Mosre que = uras configurações arlingon 3

33 9/0/08 Elerônica Analógica - Elerônica Analógica - eguidor de ensão usando a onfiguração arlingon Fone para garanir eleado 33

34 9/0/08 Elerônica Analógica - Amplificador ascode Foi primeiramene usado para circuios à álula. Aode + ane = AE anagens: - Aumena a resisência de saída ( bom para fones e espelhos de correne) - eduz capaciâncias de realimenação permiindo operações em ala freqüências. - eslocameno de níel sem deslocar níel A. Tipos de configurações cascode: E-B E-B complemenar -B complemenar E-G emissor comum-pora comum -B fone comum base comum -G fone comum pora comum Elerônica Analógica - Amplificador ascode com BJT Ex.: eerminar a resisência de saída 34

35 9/0/08 Elerônica Analógica - AMPLFA AE AMPLFA AE M Modelo de pequenos sinais Elerônica Analógica - Modelo de pequenos sinais para deerminação de o 35

36 9/0/08 Elerônica Analógica - AMPLFA FLE AE Elerônica Analógica - Amplificador diferencial cascode + i x r 3 3 gm3 r o3-3 x r o o g r r r o 3 m 3 o 3 3 o r 3 o 3 36

37 9/0/08 Elerônica Analógica - Amplificador diferencial cascode com carga aia espelho de Wilson Exercício: Para o amplificador da figura deermine i, G m, o e o ganho de ensão em circuio abero. ados: = 0, ma = 00 A = 00 Elerônica Analógica - Exemplo de um Amplificador peracional ompleo Polarização º Eságio Eságio aída º Eságio 37

38 9/0/08 Elerônica Analógica - AMPLFA PEANAL BPLA Elerônica Analógica - Exemplo 6.3 edra mih (p. 484) 38

39 9/0/08 Elerônica Analógica -.9 AMPLFA PEANAL M 39