Exame Época de Recurso 2014-15 File

MIEEC | 3º ANO
EEC0027 | ELETRÓNICA 2 | 2014-2015 – 1º SEMESTRE
Época Recurso
Prova sem consulta. Duração: 2h30m.
Todas as alíneas são cotadas com 2 valores.
1.
11 de Fevereiro, 2015
Considere o amplificador realimentado da Fig. 1. Todos os transístores possuem as seguintes características: 𝐾 =
400µA/V ) , 𝑉+, = 𝑉+- = 0,8V, 𝑉0, = 𝑉0- = 60V, 𝐶34 = 2pF, 𝐶38 = 0,5pF e 𝐶4: = 𝐶8: = 1pF Recorde que, na região de
saturação, 𝐼8 = 𝐾 ∙ 𝑉ov) , onde 𝑉ov = 𝑉@A − 𝑉+ e 𝑔D = 2 ∙ 𝐼8 𝑉ov = 2 𝐾 ∙ 𝐼8 .
a) Determine a o valor da resistência R1 por forma
a que a corrente assinalada na Fig. 1 seja 𝐼 =
100µA. Calcule ainda as correntes de
polarização e as tensões VGS de todos os
transístores, ignorando o efeito de corpo e a
modulação de comprimento de canal.
b) O amplificador está realimentado numa
configuração de amostragem em tensão e
mistura de corrente. Determine o ganho da
retroação 𝛽 = 𝑖G 𝑣I e redesenhe o amplificador
para sinal, em malha aberta, entrando em
conta com a carga da malha de retroação e sem
substituir os transístores pelo seu modelo
equivalente.
Assuma daqui em diante que 𝒈𝒎𝟏,𝟐,𝟑,𝟒 = 𝟐𝟎𝟎µA/V;
𝒓𝒐𝟏,𝟐,𝟑,𝟒 = 𝟐MΩ; 𝒈𝒎𝟓,𝟔,𝟕,𝟖 = 𝟓𝟎𝟎µA/V; 𝒓𝒐𝟓,𝟔,𝟕,𝟖 =
𝟏MΩ
5V#
5V#
5V#
M4
M3
M5
M9
A
I
R1#
vi-
M1
vi+
M2
&5V#
B
vo
&5V#
B
M8
M7
&5V#
5V#
3V#
is
M6
A
&5V#
R2#
10MΩ#
c) Calcule o ganho de transresistência 𝑅[ = 𝑣I 𝑖4 ,
às médias frequências, tanto em malha aberta como em malha fechada.
Fig. 1
d) Explique porque é que a constante de tempo associada à porta de M5 é que determina o comportamento do
circuito às altas frequências e calcule essa constante de tempo.
e) Sabendo que às médias frequências 𝛽 ∙ 𝑅[ = 40×10] e que o segundo pólo, após compensação, fica em 𝜔-) =
50Mrad/s, determine o condensador de compensação de Miller que garante 45º de margem de fase.
Considere agora que intercala o transístor M9, conforme indicado na Fig. 1, entre os pontos A e B, ficando em
série com M5.
f) Calcule o novo ganho de transresistência 𝑅[ = 𝑣I 𝑖4 em malha aberta.
Assuma agora que 𝒈𝒎𝒃 = 𝟎, 𝟑 ∙ 𝒈𝒎 .
g) Explique o papel que o efeito de corpo de M1,2 tem no ganho de tensão diferencial e em modo comum, em malha
aberta, respetivamente: 𝐴e8 = 𝑣I 𝑣fg − 𝑣fh e 𝐴eiD = 2 ∙ 𝑣I 𝑣fg + 𝑣fh , e calcule o AvCM.
2. Considere agora o circuito da Fig. 2 em que ambos os transístores têm um valor de 𝛽I = 200, em que pode
considerar 𝑉0 = ∞.
a) Com a fonte de sinal a 0V, calcule as correntes e tensões contínuas, respetivamente em todos os ramos e nós do
circuito. (Nota: A tensão de saída não tem necessariamente de ser nula!)
Suponha, para as alíneas seguintes que 𝒈𝒎𝟏 = 𝟐𝟎mA/V e 𝒈𝒎𝟐 =
𝟑𝟎𝒎𝑨/𝑽. O circuito apresenta uma configuração de retroação em
que quer a amostragem quer a mistura são em tensão. Na Fig. 2b)
está esquematizado o modo como pode ver a malha de retroação.
b) Calcule o ganho de retroação 𝛽 = 𝑣G 𝑣I e desenhe o circuito para
sinal às MF, em malha aberta, considerando a carga da malha de
retroação mas sem substituir os transístores pelos seus modelos
equivalentes. Calcule o ganho em tensão 𝐴e = 𝑣I 𝑣4 , a resistência
de entrada vista pela fonte e a resistência de saída, quer em
malha aberta quer em malha fechada.
c) Calcule o polo e o zero de baixas frequências introduzidos pelo
condensador colocado do emissor de Q2 à massa, em malha
aberta. Determine ainda a nova localização do polo e do zero em
malha fechada.
PEDRO GUEDES DE OLIVEIRA E VÍTOR GRADE TAVARES
5V#
R1#
4k7Ω#
R2#
1k5Ω#
T2
Ri#
vs +#
C#
10μF#
Ro#
T1
vo
(#
R3#
3k3Ω#
T2
T1
R’’=0#
R’=∞#
(5V#
(a)
Fig. 2
(b)
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vo