Aula 08 - LEE

Eletrônica II
Germano Maioli Penello
[email protected]
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
Aula 08
1
Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum
Porta comum
Dreno comum
2
Amplificadores (Revisão)
Reveja aula 3
•Resistência de entrada
•Ganho de circuito aberto
•Resistência de saída
•Ganho total
3
Amplificadores (Revisão)
Reveja aula 3
Resistência de entrada é dada por
onde
4
Amplificadores (Revisão)
Reveja aula 3
O ganho de circuito aberto é definido como
5
Amplificadores (Revisão)
Reveja aula 3
A resistência de saída é obtida quando vi é zero.
6
Amplificadores (Revisão)
Reveja aula 3
A fonte de tensão controlada e a resistência de saída fornecem a tensão vo.
Com isto podemos obter o ganho total
onde
Lembre-se que o ganho total depende
dos divisores de tensão na entrada e
na saída
7
Amplificador de fonte comum
É a configuração mais usada
Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores
(circuito simplificado, sem o circuito de polarização)
Novamente, quais os parâmetros que desejamos determinar deste circuito?
(Volte no slide 27)
8
Amplificador de fonte comum
Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum
3º - Resistência de saída
Se vsig = 0  vgs = 0 e gmvgs = 0
Aqui, ro reduz Ro (o que é bom! Por que?). Em circuitos discretos ro pode
normalmente ser desprezado 
9
Amplificador de fonte comum
Parâmetros característicos do amplificador de fonte comum
Resistência de entrada =  (idealização)
Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1kW e 10 kW
(Reduzir RD é uma opção? O ganho diminui se diminuirmos RD)
Ganho de circuito aberto elevado (largura de banda limitada,
veremos mais adiante no curso)
E o ganho total?
Se acoplarmos RL, temos três resistores em paralelo na saída do circuito. A
resistência de entrada do amplificador de fonte comum é infinita, portanto:
10
Amplificador de fonte comum
Analisando diretamente no circuito original
Com prática, esta análise pode ser feita diretamente no circuito sem a
substituição do MOSFET pelo modelo de circuito equivalente.
Note que o resistor ro foi colocado para que a corrente no dreno seja gmvgs e
ainda assim levar em conta ro.
11
Exercício resolvido na última aula
Analise o amplificador abaixo:
O que desejamos determinar?
Qual o modelo de circuito a se utilizar?
•Resistência de entrada
•Ganho de circuito aberto
•Resistência de saída
•Ganho total
12
Conclusão
Vimos que a configuração de fonte comum tem as seguintes propriedades:
Resistência de entrada =  (idealização)
Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1kW e 10 kW
(Reduzir RD é uma opção? O ganho diminui se diminuirmos RD)
Ganho de circuito aberto elevado (largura de banda limitada,
veremos mais adiante no curso)
Em resumo, cada configuração terá vantagens e desvantagens com relação a
outra. Como dito no início do curso, as grandezas importantes de um circuito
amplificador são interdependentes. Nesta conficuração, diminuir a resistência de
saída, diminui o ganho.
A inclusão de Rs no circuito traz vantagens ao custo da redução do ganho.
Note a importância do acoplamento de amplificadores (cascata de amplificadores)
para otimizar o circuito como um todo. Na próxima aula, analisaremos outras
configurações.
13
Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum
Porta comum
Dreno comum
14
Amplificador de porta comum
O que queremos determinar?
15
Amplificador de porta comum
O que queremos determinar?
•Resistência de entrada
•Ganho de circuito aberto
•Resistência de saída
•Ganho total
16
Amplificador de porta comum
O que queremos determinar?
Qual modelo de circuito utilizaremos?
17
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.
18
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.
Por que não estamos incluindo ro nesta análise?
19
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.
Por que não estamos incluindo ro nesta análise? Na análise de componentes
discretos, ro pode ser desprezado.
20
Amplificador de porta comum
Resistência de entrada?
21
Amplificador de porta comum
Resistência de entrada?
Rin = 1/gm
Tipicamente, 1/gm tem centenas de Ohms. Resistência de entrada do
amplificador de porta comum é baixa.
22
Amplificador de porta comum
Resistência de saída?
23
Amplificador de porta comum
Resistência de saída?
Ro = RD
Resistência de saída igual à configuração de porta comum estudada antes
(desprezando ro)
24
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
25
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
•Relacionar vo com i
•Relacionar i com vi
26
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
RD
Note o sentido da corrente e a
queda de potencial no resistor.
27
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
RD
Note o sentido da corrente e a
queda de potencial no resistor.
28
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?

29
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
Agora podermos isolar os termos e determinar o ganho de circuito aberto
30
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Como relacionar vo com vi?
31
Amplificador de porta comum
Ganho de circuito aberto?
Ganho positivo! Não há mudança de fase entre o sinal de entrada e de saída.
Note que o ganho tem a mesma magnitude da configuração de fonte comum
(desprezando ro)
Se o ganho de circuito aberto é igual ao amplificador de fonte comum,
isso quer dizer que o ganho total será o mesmo?
32
Amplificador de porta comum
Se o ganho de circuito aberto é igual, o
ganho total é o mesmo?
Ganho de tensão total:
Gv = vo / vsig
Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa!
O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída.
33
Amplificador de porta comum
Se o ganho de circuito aberto é igual, o
ganho total é o mesmo?
Ganho de tensão total?
Gv = vo / vsig
Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa!
O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída.
34
Amplificador de porta comum
Se o ganho de circuito aberto é igual, o
ganho total é o mesmo?
Ganho de tensão total?
Gv = vo / vsig
Note que a resistência de entrada do amplificador de porta comum é baixa!
O ganho total depende do divisor de tensão na entrada e na saída.

35
Amplificador de porta comum
Se o ganho de circuito aberto é igual, o
ganho total é o mesmo?
Ganho de tensão total?
Gv = vo / vsig
O ganho de tensão total só depende da razão entre a resistência total do dreno
e da resistência total da fonte.
Por causa da baixa impedância de entrada, o PC tem poucas aplicações práticas
se utilizado sozinho. Veremos ao longo do curso que ele tem uma excelente
resposta a altas frequências.
36
Resumo
Amplificador de porta comum:
Baixa resistência de entrada (Rin = 1/gm)
Moderada a alta resistência de saída (Ro = RD)
Ganho de circuito aberto alto
37
Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum
Porta comum
Dreno comum
38
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.
39
Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão
(Voltage buffer)
Considere a seguinte situação:
Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta
resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW.
O que acontece se conectarmos
a carga diretamente? Qual a
tensão medida na carga?
40
Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão
(Voltage buffer)
Considere a seguinte situação:
Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta
resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW.
Se conectarmos diretamente, haverá uma atenuação severa no sinal!
41
Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Antes de analisar o circuito, vamos entender a necessidade de um buffer de tensão
(Voltage buffer)
Considere a seguinte situação:
Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta
resistência interna (Rsig) a uma carga de 1kW.
Se conectarmos diretamente, haverá uma atenuação severa no sinal!
Como driblar este problema?
42
Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
Desejamos conectar um sinal de intensidade razoável que possui uma alta
resistência interna (Rsig) 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.
43
Amplificador de dreno comum
Também chamado de seguidor de tensão
O amplificador de dreno comum tem essa característica, por isso ele é um
bom estágio para ser utilizado na saída do circuito.
O que queremos determinar deste circuito?
Qual o modelo para pequenos sinais utilizaremos?
44
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
45
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = ?
46
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
47
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
Ro = ?
48
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
Ro = 1/gm
49
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
Ro = 1/gm
Ganho positivo!
50
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
Ro = 1/gm
Se RL  ,
51
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum
Rin = 
Ro = 1/gm
Como Rin = , Gv = Av
52
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
gmvi
vo
RL
53
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
gmvgs
vo
RL
Rin = 
54
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
gmvgs
vo
RL
Rin = 
vo = gmvgsRL
vo/vi = RL / (RL + 1/gm)
vi = vgs + vo
Mesmo resultado
do slide 49
55
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
Rin = 
gmvgs
vo
vo/vi = RL / (RL + 1/gm)
RL
Ro = ?
56
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
Rin = 
gmvgs
vo
vo/vi = RL / (RL + 1/gm)
RL
gmvgs
vo
57
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
Rin = 
gmvgs
vo/vi = RL / (RL + 1/gm)
vo
RL
vo = - vgs
gmvgs
vo
-vo
io = gmvo
gmvo
vo
1/gm = vo/io = Ro
58
Exercício
Analisar a configuração de dreno comum (utilizando o modelo p-híbrido)
Rin = 
gmvgs
vo
RL
vo/vi = RL / (RL + 1/gm)
Ro = 1/gm
Note que são os mesmos resultados que havíamos obtido com o modelo T.
Como era de se esperar!
59
Conclusão
Amplificador de porta comum:
Baixa resistência de entrada (Rin = 1/gm)
Moderada a alta resistência de saída
Ganho de circuito aberto alto
Amplificador de dreno comum (seguidor de tensão):
Alta resistência de entrada (Rin = )
Baixa resistência de saída
Ganho de circuito aberto idealmente unitário
60
Resumo das configurações
61
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.
62