Prof. Seabra PSI/EPUSP. Amplificadores Operacionais Aulas 16/17

Transcrição

1 7 Aplfcadores Operaconas Aulas 16/17 114

2 PSI 306 Eletrônca Prograação para a Segunda Proa 115

3 16ª Aula e 17ª Aula : Aplfcadores ferencas co Transtores MOS Ao fnal desta aula ocê deerá estar apto a: - Explcar coo funcona os crcutos nternos de entrada dos AOs (crcutos dferencas) - Analsar crcutos dferencas quando aplca-se: -Snas couns às Entradas -Snas dferencas de grande apltude às Entradas -Snas dferencas de pequena apltude às Entradas - Explcar analsar u par dferencal utlzando a técnca de separação e eos-crcutos - eternar o ganho de odo cou e aplfcadores dferencas - Explcar as prncpas causas da exstênca de ganhos de odo cou não deas (dferentes de zero) 116

4 17ª Aula: Aplfcadores ferencas e Operaconas Ganho e Rejeção de Modo Cou Ao fnal desta aula ocê deerá estar apto a: - Explcar analsar u par dferencal utlzando a técnca de separação e eos-crcutos - eternar o ganho de odo cou e aplfcadores dferencas - Explcar as prncpas causas da exstênca de ganhos de odo cou não deas (dferentes de zero) 117

5 Aplfcadores Operaconas d o d 1 O d d ( ) d 1 A A Coo fazer o crcuto de entrada do Ap Op??? Quereos aplfcar apenas as dferenças Portanto algu tpo de aplfcador de dferenças só que construído co transstores (bpolares ou FETs) enonaos esse crcuto de crcuto dferencal

6 Aplfcadores ferencas G1 V CM d / G V CM d / d d + + V CM 119

7 Aplfcadores ferencas Se Q saturado: S GS -Vt Lebre-se que: V VGS-Vt 1 W ( ) kn GS Vt L 1 ' V VGS Vt I / kn L W 10

8 Aplfcadores ferencas Operação co ua Tensão de Entrada Cou: Faxa de Entrada Cou Varando-se V CM, o alor de V 1 V contnua zero! Quando se aplca u V CM, quereos Q 1 e Q e saturação: I 1 W k ( V V ) n L GS t Para garantr Q 1, Q e saturação: S(0 ) GS Vt S ( NMOS) ou 0 V G t Mas CM GS S CM G ( óbo!) Logo CM Vt CM Vt I Mas V R Logo V V R CM t I I V V R CMax t (senãoentranatrodo) 11

9 Aplfcadores ferencas Operação co ua Tensão de Entrada Cou: Faxa de Entrada Cou Quando se aplca u V CM, teos Q 1 e Q e saturação: I 1 W k ( V V ) n L GS t Garantndo u V CS no para I operar adequadaente: CM VGS VCS VSS V V V CM n SS CSn GS V CSn CM n VSS VCSn Vt ( VGS Vt ) I V V R CMax t (senãoentranatrodo) CM n VSS VCSn Vt ( VGS Vt ) V (senão I não funcona) 1

10 13

11 Aplfcadores ferencas 1 W I ( ) kn V G S Vt L 1 W I ( ) kn V G S Vt L I CMax Vt V R (senão entra na trodo) 05, 15, 0, 5, 15, CM n VSS VCSn Vt ( VGS Vt ) (senão I não funcona) k V 15, 04, 08, 08, V 14

12 Aplfcadores ferencas 15

13 Aplfcadores ferencas Operação co Tensão de Entrada ferencal Para Pequenos Snas (d pequeno) I W g k..(v V ) S n GS t VGS L Outras aneras de expressar g I I g = V V V GS t W g k.. L I = I k n n W L Modelo para Pequenos Snas r o V I A 1 I 16

14 Aplfcadores ferencas Operação co ua Tensão de Entrada ferencal d GS1 GS Se 0; ( ) 0 d 1 Qual d faz I crcular toda por u dos transstores? d ax I 1ax =I I =0 = V t V GS = V t 1 W Nessa stuação I1 kn ( GS1 Vt) I, ou, L ou GS1 Vt I/ kn( W / L) ax Coo aplfcador lnear: p/ peq.snas gs V gs ( VGS Vt ) ( )/ V V / V V p/ peq.snas: ggs gd I/. R I/. R gs1 gs GS t d GS t d d 1. R O Nessa condção dax GS1ax S V dax GS1 ax t ax V I/ k ( W / L) V d t n t dax I/ kn( W / L) I 1 W coo ( ) n L GS t k V V dax ( VGS Vt ) ltes extreos ( V V ) ( V V ) GS t d GS t 17

15 Aplfcadores ferencas As curas de transferênca I 1 e I e função de d 1 ' W 1 ' W 1 kn ( GS1 Vt) kn ( GS Vt) L L 1 1 ' W ' W kn ( GS Vt) 1 kn ( GS1 Vt) L L 1 W k L ' 1 n d I 1 I ' W d 1 kn I 1 L I ' W d 1 kn I 1 L ( d / ) ' W I / kn L ( d / ) ' W I / kn L sst. de equações GS1 GS G1 G d ltes extreos ( V V ) ( V V ) GS t d GS t I ' W d ( d / ) kn I 1 L ' W I / kn L ' W ' W I V ( VGS Vt ) I / kn kn L L V 1 I I d d / 1 V V I I d d / 1 V V 18

16 Aplfcadores ferencas 1 1 d ( d / ) 1 I V V ltes extreos: ( V V ) ( V V ) d ( d / ) 1 I V V GS t d GS t V Grandes Snas 1 d se V Pequenos Snas I I d V g I I d V d 19

17 Aplfcadores ferencas Grandes Snas d V 1 I I d V I I d V I S W g kn..( VGS Vt) V L GS I / V ( V V ) I / V GS t g V auenta excursão de d para peq snas reduz o ganho 130

18 Aplfcadores ferencas Resuo d d / 1 I V V 1 1 d d / 1 I V V d V 1 I I d V d I I d V d I V I 1 W I I V V d S g k n..(vgs V) t = VGS L d g d ltes extreos: ( V V ) ( V V ) GS t d GS t 131

19 Grandes Snas d ( d / ) 1 I V V 1 1 d ( d / ) 1 I V V Aplfcadores ferencas 1 Pequenos Snas d V d I I d V I I d V I d I d =cte d I V d d g g d I V 13

20 d A Aplfcadores ferencas Pequenos Snas: Ganho ferencal O O1 d d g d R g g R d d R Pequenos Snas 1 d V I I d V I I d V O 1 gr gr O1 1 d aberto d IS W I g k n..(vgsv)= t V L V g GS I S I ( I/ ) I V V V V GS A g R O O1 d d 1 I d g I d g d 133

21 Aplfcadores ferencas Ganho ferencal I 1 d I d G1 V CM d / / G V CM d 134

22 Aplfcadores ferencas Ganho ferencal edução Alternata 135

23 Aplfcadores ferencas Ganho ferencal d d d / / d d 136

24 Aplfcadores ferencas Ganho ferencal d d d d ôps! u terra rtual! 0 0 d + + VCM 137

25 Aplfcadores ferencas Ganho ferencal d g d d 138

26 Para Pequenos Snas (d pequeno) g I V S GS k n Aplfcadores ferencas Ganho ferencal edução Alternata pequenos snas W..(V L GS V ) t Outras aneras de expressar g g Valores CC!!! g I V V GS k n. t W. L I r o V I A Modelo para Pequenos Snas 139

27 No MOS consderando ro: Aplfcadores ferencas Efeto de r O dos MOSFETs pequenos snas 1 k W V V L 1 n GS t S r o V I A 1 I

28 pequenos snas Aplfcadores ferencas Efeto de r O dos MOSFETs eo crcuto dferencal! / / g R r o1 o d g R r o o d g R r o o d 141

29 Aplfcadores ferencas Exercíco 7.4 Exe 7.4: U par dferencal MOS está operando co ua corrente total de 0,8A, utlzando transstores co razão W/L de 100, kn = 0, A/V, V A = 0V e R = 5k. eterne V, g, r o e A d. Está feto no ídeo!!! 14

30 143

31 Aplfcadores Operaconas Aula

32 PSI 306 Eletrônca Prograação para a Segunda Proa 145

33 17ª Aula: Aplfcadores ferencas e Operaconas Ganho e Rejeção de Modo Cou Ao fnal desta aula ocê deerá estar apto a: - Explcar analsar u par dferencal utlzando a técnca de separação e eos-crcutos - eternar o ganho de odo cou e aplfcadores dferencas - Explcar as prncpas causas da exstênca de ganhos de odo cou não deas (dferentes de zero) 146

34 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) ruído cou sobre V CM Q4 Q3 r o R r SS o Q 3 V A I Q 3 Coo calcular o ganho (de odo cou) de tensão nesse crcuto? Lear e conta as não dealdades! I, R e g! A c do par df O O1 0 c 147

35 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) ruído sobre V CM I o r o V I A O saturados! r o Coo calcular o ganho (de odo cou) de tensão nesse crcuto? Lear e conta as não dealdades! I, R e g 148

36 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) para a Saída entre reno Inddual e Terra: Efeto de I não deal Crcuto Equalente: O1 O R 1 c c R g SS V R I S SS I I I Geralente R SS 1/ g R R R Ac etade R O1 O c c SS SS eo crcuto de odo cou!! já os que: o R 1 R g s da aula passada A A d etade A A 1 g R d CMRR eo crcuto c g R d g R SS 149

37 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto de I não deal eo crcuto de odo cou!!

38 eo crcuto de odo cou Crcutos Aplfcadores ferencas Consderando RSS: O Aplfcador FC co Resstênca de Fonte Efeto de I não deal d g 1 R 1 gr s g s gs 1 g 1 R 1 s g g R s g( R RL) ( R R ) 1 grs o g( R RL) ( R RL) 1 1 grs R g o d L s 151

39 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto de I não deal consderando a Saída entre reno Inddual e Terra (eo par dferencal) Análse ca / pequenos snas eo crcuto de odo cou!! a coparação co Ap FC co RS: O1 O R RL 1 c c RSS ( RS ) g Geralente RSS 1/ g R A R O1 O c c c eo crcuto SS Já os que (ganho Ad): g R r A g R O o d d A d eo crcuto 1 g R A CMRR g R d eo crcuto SS Ac 15

40 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Para a Saída entre os os renos (par dferencal): Efeto de I não deal A A c do par df O O1 0 c g R O O1 d do par df d CMRR do par dferencal se I não deal 153

41 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto de I não deal A R R O1 c eo crcuto c SS CMRR A O1 1 d gr eo crcuto d A g R d eo crcuto SS Ac A c do par df O O1 0 c A g R O O1 d do par df d CMRR do par dferencal se I não deal 154

42 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto do descasaento de R : para a Saída entre os os renos (par dferencal) R Se RSS 1/ g R R O1 O1 c RSS RSS O R A c R R SS R R O O1 c O O1 d d SS Consderandooefetode desprezíel e Ad : A g R R Ad ( grss) CMRRdo par se R dferencal A R c se há R R c 0 155

43 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto do descasaento de g : para a Saída entre os os renos (par dferencal) d1 g1gs d1 g1 d ggs d g s Coo s ( d1 d) RSS d1 d R Coo Q e Q segudores er SS 1 1/ g : s c d1 d d1 d g1c ( g g ) R R 1 SS gc ( g g ) R 1 SS c SS SS 156

44 Crcutos Aplfcadores ferencas Ganho de Modo Cou e Relação de Rejeção de Modo Cou (CMRR) Efeto do descasaento de g : para a Saída entre os os renos (par dferencal) d1 d g1c ( g g ) R se g g g gc e g g g ( g g ) R 1 SS 1 1 SS 1 g g e 1 c c d1 d grss grss g O O1 dr d1r R gr R g A e A g R RSS g Ad ( grss) CMRR 0 log 0 log [ ] A g c g c c d SS 157