Eletrônica II. Germano Maioli Penello. II _ html.

Transcrição

1 Eletrônica II Germano Maioli Penello II _ html Aula 09 1

2 Configuração de amplificadores As três configurações básicas: Fonte comum Porta comum Dreno comum 2

3 Amplificador de porta comum Lembrem que aqui só estamos analisando o circuito dentro da aproximação de pequenos sinais! Consideramos que a determinação do ponto de operação DC (ponto quiescente) já foi realizada. 3

4 Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Veremos que esta configuração é importante tanto na amplificação de sinais pequenos como em circuitos que necessitam entregar altas potências na carga. A configuração de dreno comum também é conhecida como seguidor de tensão. 4

5 Amplificador de dreno comum Também chamado de seguidor de tensão Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta resistência interna (R sig ) a uma carga de 1kW. Uma solução para este problema seria a seguinte: Ao utilizar um amplificador de ganho 1 (!!), com alta resistência de entrada e baixa resistência de saída, podemos acoplar o sinal à carga sem perdas severas. 5

6 Exercício da última aula Analisar a configuração de dreno comum Este exemplo foi analisado utilizando tanto o modelo T quanto o modelo p-híbrido 6

7 Resumo das configurações 7

8 Resumo das configurações Fonte comum realiza maior parte do ganho em um circuito amplificador Fonte comum com Rs melhoria de desempenho às custas de redução de ganho Porta comum Baixa impedância de entrada. Utilizado em amplificadores de alta frequência. Dreno comum Seguidor de tensão. Utiilzado como buffer de tensão no acoplamento entre alta resistência de saída a uma carga com baixa resistência. 8

9 Polarização de transistores A polarização serve para definir a corrente I D estável e garantir uma tensão V DS que mantenha o transistor em saturação para todos os sinais esperados na entrada. Nesta aula, veremos diferentes maneiras de polarizar um transistor. 9

10 Polarização com V GS fixo Sabendo que Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de V GS Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor. É uma boa idéia? 10

11 Polarização com V GS fixo Sabendo que Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de V GS Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor. Os valores de m n, C ox, V t e W/L variam significativamente em componentes discretos. O mesmo fabricante pode produzir o mesmo componente com valores diferentes. 11

12 Polarização com V G fixo e com R s Esta é uma excelente alternativa de polarização. Dispositivos diferentes têm I D similares 12

13 Polarização com V G fixo e com R s Esta é uma excelente alternativa de polarização. Se V G é muito maior que V GS, a corrente I D é majoritariamente determinada pelos valores de V G e R S. Para melhorar, R S fornece uma realimentação negativa, estabilizando I D. I D V GS (estamos fixando V G ) I D Variação repentina de I D faz com que I D tente voltar à situação de equilíbrio Dispositivos diferentes têm I D similares 13

14 Polarização com V G fixo e com R s Implementação prática Com apenas uma fonte de tensão (com o capacitor acoplando o sinal) Com duas fontes de tensão (sem o capacitor acoplando o sinal) Por realimentar o sistema negativamente, o resistor R S é chamado de resistência de degeneração 14

15 Polarização com resistor entre o dreno e a porta Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o transistor (R G ~ MW) V GS = V DS (lembre-se que I G = 0) 15

16 Polarização com resistor entre o dreno e a porta Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o transistor (R G ~ MW) V GS = V DS (lembre-se que I G = 0) Similar à equação do slide 15 ( ) Realimentação negativa! Se a corrente I D aumenta por algum motivo, V GS diminui. Se V GS diminui, a corrente I D diminui. 16

17 Polarização com uma fonte de corrente constante Esta é a maneira mais eficaz de polarizar um transitor. R G (~MW) é usado como um aterramento DC e apresenta uma alta resistência ao sinal de entrada acoplado capacitivamente à porta. R D estabelece a tensão no dreno que determina a varredura do sinal de saída mantendo o transistor na saturação. 17

18 Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? 18

19 Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? Q 1 está em saturação (V GS = V DS ) Dado os parâmetros do transistor, podemos selecionar R para obter uma corrente de referência I REF desejada. 19

20 Polarização com uma fonte de corrente constante Como construir uma fonte de corrente constante? Q 2 tem o mesmo V GS de Q 1. Considerando que ele está na saturação: A corrente I é a corrente constante desejada. A corrente I está relacionada com I REF pela razão de aspecto dos transistores. Este circuito é chamado de espelho de corrente. Muito usado em projetos MOS de CI. 20

21 Polarização com uma fonte de corrente constante 21

22 Polarização com uma fonte de corrente constante 22

23 Polarização com uma fonte de corrente constante 23

24 Polarização com uma fonte de corrente constante 24

25 Polarização com uma fonte de corrente constante 25

26 Polarização com uma fonte de corrente constante 26

27 Polarização com uma fonte de corrente constante 27

28 Polarização com uma fonte de corrente constante 28

29 Polarização com uma fonte de corrente constante 29

30 Polarização com uma fonte de corrente constante 30

31 Polarização com uma fonte de corrente constante 31

32 Polarização com uma fonte de corrente constante Resultado aproximado! Não estamos considerando a variação de sinal na entrada. 32

33 Amplificadores com MOSFETs Circuitos de componentes discretos Agora analisaremos circuitos completos de amplificadores com componentes discretos MOS. É importante ressaltar que os MOSFETs são utilizados majoritariamente em circuitos integrados, não em circuitos discretos. 33

34 Circuitos completos Até o momento no curso, analisamos separadamente o circuito DC com MOSFET. Depois, analisamos a simplificação dos circuitos dentro da aproximação de sinal pequeno. Por fim, mostramos os circuitos de polarização. Agora, apresentaremos os circuitos completos dos amplificadores. 34

35 Amplificador de fonte comum Circuito completo de um amplificador de fonte comum utilizando polarização com corrente constante. Agora já temos todas as ferramentas para analisar este circuito. 35

36 Amplificador de fonte comum Para que serve C S neste circuito? Aterramento de sinal! Também chamado de capacitor de bypass Para que serve C c1 neste circuito? Capacitor de acoplamento. Deixa passar a frequência de interesse enquanto bloqueia DC. Para que serve C c2 neste circuito? Dúvida: E se quiséssemos analisar a o funcionamento do circuito com relação à frequência? Capacitor de acoplamento. Deixa passar a frequência de interesse enquanto bloqueia DC. 36

37 Amplificador de fonte comum Acabamos de fazer a análise DC deste circuito! Agora faremos a análise o sinal. Qual o modelo a se utilizar? 37

38 Amplificador de fonte comum Acabamos de fazer a análise DC deste circuito! Agora faremos a análise o sinal. Qual o modelo a se utilizar? 38

39 Amplificador de fonte comum R o = R D r o Ganho negativo 39

40 Amplificador de fonte comum R o = R D r o Ganho negativo Divisor de tensão na entrada Divisor de corrente na saída 40

41 Amplificador de fonte comum com R s A diferença é que agora incluímos R s no circuito anterior. 41

42 Amplificador de fonte comum com R s Já analisamos este circuito anteriormente (aula 07). A única diferença é que ele agora tem a resistência R G. Isto muda a resistência de entrada R in (R in = R G ) e altera o ganho de tensão total. 42

43 Amplificador de porta comum Qual o circuito DC a ser analisado? Qual o modelo de circuito de pequenos sinais que utilizamos? 43

44 Amplificador de porta comum Exatamente o mesmo resultado que obtivemos na aula 08! Confira. 44

45 Amplificador de dreno comum 45

46 Amplificador de dreno comum Seguidor de tensão Agora existe R G na entrada. R in não é mais infinita afetando o ganho de tensão total. 46