Questões Resolvidas

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Questões Resolvidas - Aula 21
Considere que você dispõe de transistores NMOS com os seguintes parâmetros: µnCOX = 10-2
A/V2, VT=1,5V, W/L=10, VA=∞ (λ=0). Projete um amplificador em configuração porta (gate)
comum com ganho 10V/V e resistência de saída de 100Ω. A entrada do amplificador, a ser
conectada a uma fonte de sinal ideal com média nula, deverá ser indicada por IN, e a saída
do amplificador deverá ser indicada por OUT.
O problema pode ser resolvido de diversas forma. Consideremos a (possivelmente) mais
simples delas, e adotemos a topologia abaixo:
O projeto então se resume a definir o valor dos componentes R1, R2, R3, C1, C2. O capacitor
C1 é de by-pass, e garante um terra AC na porta [mesmo que a porta seja considerada um
aberto em baixas frequências, e o paralelo de R2 e R3 ser por conseguinte uma impedância
pequena (muito menor que um aberto, em todo caso!) para o terra, em (mais) altas
frequências isto não é mais verdade. Para garantir um terra AC na porta, coloquemos um
capacitor de alto valor “muito grande”]. O capacitor C2 é de acoplamento, e garante a conexão
da fonte de sinal ao amplificador. Assim, C1 e C2 são capacitores de grande valor, para que,
na frequência de sinal considerada, representem impedância “muito pequena”.
Adotou-se uma resistência de 100Ω no dreno, já que a especificação de resistência de saída
corresponde a este valor. Resta-nos determinar R1, R2 e R3. R1 é um resistor apenas para
estabilizar a polarização, podemos utilizar um valor pequeno, bem menor que 100Ω.
Adotemos, como exemplo 50Ω.
O circuito equivalente para análise de pequenos sinais é mostrado a seguir.
UFPB/CEAR/DEE — Dispositivos Eletrônicos
1/5
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Com base neste circuito, temos as seguintes equações:
vout = − g m ⋅ vgs ⋅ 100Ω
vgs = −vs
vout
= g m ⋅ 100Ω
vin
Para obter um ganho de 10V/V, basta obter gm=0.1 A/V.
Assim:
1
W
2
⋅ µ n ⋅ C OX ⋅
⋅ (V GS − V TH )
2
L
2 ⋅ ID
W
=
= µ n ⋅ C OX ⋅
⋅ (V GS − V TH
V GS − V TH
L
ID =
gm
)
Assim, aplicando os valores µnCOX = 10 A/V , VT=1,5V, W/L=10, temos:
-2
g m = 0 ,1 A / V = µ n ⋅ C OX ⋅
V GS = V TH +
0 ,1
µ n ⋅ C OX ⋅
W
L
2
W
⋅ (V GS − V TH )
L
0 ,1
= 1,5 +
= 2 , 5V
0 , 01 ⋅ 10
Com este valor de VGS, calculamos a corrente de dreno:
ID =
1
W
⋅ µ n ⋅ C OX ⋅
⋅ (V GS − V TH
2
L
)2
=
1
2
⋅ 0 , 01 ⋅ 10 ⋅ (2 , 5 − 1 , 5 ) = 50 mA
2
Com esta corrente DE POLARIZAÇÂO, temos uma tensão de 2,5V no resistor R1 (50Ω) e
uma tensão de 5V no resistor conectado ao dreno (100Ω), totalizando 7,5V. Poderíamos
deixar 7,5V como tensão VDS, garantindo grande folga para operação em regime de
saturação, e pra ficarmos com um valor de VDD “redondo”. Assim, VDD=15V, VS=2,5V, e
como VGS=2,5V, temos que VG=5V. Poderemos usar então, POR EXEMPLO, R3=100KΩ,
R2=200KΩ.
UFPB/CEAR/DEE — Dispositivos Eletrônicos
2/5
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Implementemos no PSPICE (veja os parâmetros do modelo!):
UFPB/CEAR/DEE — Dispositivos Eletrônicos
3/5
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Observe os resultados de polarização:
Observe o ganho:
UFPB/CEAR/DEE — Dispositivos Eletrônicos
4/5
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Setup para a impedância de saída:
Resultados (1V/10mA=100Ω):
UFPB/CEAR/DEE — Dispositivos Eletrônicos
5/5