Aula 09

Eletrônica II
Germano Maioli Penello
[email protected]
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
Aula 09
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Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum
Porta comum
Dreno comum
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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.
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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.
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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.
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Exercício da última aula
Analisar a configuração de dreno comum
Este exemplo foi analisado
utilizando tanto o modelo T quanto
o modelo p-híbrido
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Resumo das configurações
7
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.
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Polarização de transistores
A polarização serve para definir a corrente ID estável e garantir uma tensão VDS
que mantenha o transistor em saturação para todos os sinais esperados na
entrada.
Nesta aula, veremos diferentes maneiras de polarizar um transistor.
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Polarização com VGS fixo
Sabendo que
Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS
Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.
É uma boa idéia?
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Polarização com VGS fixo
Sabendo que
Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGS
Com isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.
Os valores de mn, Cox, Vt e W/L variam
significativamente em componentes
discretos. O mesmo fabricante pode
produzir o mesmo componente com
valores diferentes.
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Polarização com VG fixo e com Rs
Esta é uma excelente alternativa de polarização.
Dispositivos diferentes têm ID similares
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Polarização com VG fixo e com Rs
Esta é uma excelente alternativa de polarização.
Se VG é muito maior que VGS, a corrente ID
é majoritariamente determinada pelos
valores de VG e RS. Para melhorar, RS
fornece uma realimentação negativa,
estabilizando ID.
ID
 VGS
(estamos fixando VG)  ID
Variação repentina de ID faz com que ID
tente voltar à situação de equilíbrio
Dispositivos diferentes têm ID similares
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Polarização com VG fixo e com Rs
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 RS é chamado de resistência
de degeneração
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Polarização com resistor entre o
dreno e a porta
Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o
transistor (RG ~ MW)
VGS = VDS (lembre-se que IG = 0)
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Polarização com resistor entre o
dreno e a porta
Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o
transistor (RG ~ MW)
VGS = VDS (lembre-se que IG = 0)
Similar à equação do slide 15 (
)
Realimentação negativa! Se a corrente ID aumenta por algum
motivo, VGS diminui. Se VGS diminui, a corrente ID diminui.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Esta é a maneira mais eficaz de polarizar um transitor.
RG (~MW) é usado como um aterramento DC e
apresenta uma alta resistência ao sinal de entrada
acoplado capacitivamente à porta.
RD estabelece a tensão no dreno que determina a
varredura do sinal de saída mantendo o transistor
na saturação.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
Q1 está em saturação (VGS = VDS)
Dado os parâmetros do transistor, podemos
selecionar R para obter uma corrente de
referência IREF desejada.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Como construir uma fonte de corrente constante?
Q2 tem o mesmo VGS de Q1. Considerando
que ele está na saturação:
A corrente I é a corrente constante desejada.
A corrente I está relacionada com IREF pela razão de aspecto
dos transistores. Este circuito é chamado de espelho de
corrente. Muito usado em projetos MOS de CI.
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
29
Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
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Polarização com uma fonte de
corrente constante
Resultado aproximado! Não estamos
considerando a variação de sinal na entrada.
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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.
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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.
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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.
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Amplificador de fonte comum
Para que serve CS
neste circuito?
Aterramento de sinal!
Também chamado de
capacitor de bypass
Para que serve Cc1
neste circuito?
Capacitor de acoplamento.
Deixa passar a frequência de
interesse enquanto bloqueia
DC.
Para que serve Cc2
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.
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Amplificador de fonte comum
Acabamos de fazer a análise
DC deste circuito!
Agora faremos a análise o
sinal. Qual o modelo a se
utilizar?
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Amplificador de fonte comum
Acabamos de fazer a análise
DC deste circuito!
Agora faremos a análise o
sinal. Qual o modelo a se
utilizar?
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Amplificador de fonte comum
Ro = RD||ro
Ganho negativo
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Amplificador de fonte comum
Ro = RD||ro
Ganho negativo
Divisor de tensão na entrada
Divisor de corrente na saída
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Amplificador de fonte comum com Rs
A diferença é que
agora incluímos Rs no
circuito anterior.
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Amplificador de fonte comum com Rs
Já analisamos este circuito anteriormente (aula 07). A única diferença é que ele
agora tem a resistência RG. Isto muda a resistência de entrada Rin (Rin = RG) e
altera o ganho de tensão total.
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Amplificador de porta comum
Qual o circuito DC a ser
analisado?
Qual o modelo de circuito
de pequenos sinais que
utilizamos?
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Amplificador de porta comum
Exatamente o mesmo resultado que obtivemos na aula 08! Confira.
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Amplificador de dreno comum
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Amplificador de dreno comum
Seguidor de tensão
Agora existe RG na entrada.
Rin não é mais infinita afetando o
ganho de tensão total.
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