Exemplo 4

Exemplo 4.1 (pag.245)
Considere um processo tecnológico com Lmin=0,4 μm, tox=8nm, μn=450 cm2/V.s, e
Vt=0,7 V.
a) Determine Cox e k´n.
b) Para um MOSFET com W/L=8 μm/0,8 μm, determine os valores de VGS e de VDSmin
necessários para colocar o transístor na região de saturação com uma corrente de
polarização ID=100 μA.
c) Para o dispositivo da alínea b), determine o valor de VGS necessário para colocar o
transístor a funcionar com uma resistência dreno-fonte de 1000 Ω para valores
reduzidos de vDS.
R:
a) Cox = 4,32 fF/μm2; k´n= 194 μA/V2
b) VGS = 1,02V; VDSmin= 0,32V
c) VGS = 1,22V
Exemplo 4.2 (pag.263)
Projecte o circuito da figura 4.20 de modo ao transístor funcionar com uma corrente de
polarização ID=0,4 mA e um VD=0,5 V. O transístor NMOS apresenta Vt=0,7 V, μn Cox
= 100μA/V2, L=1 μm e W=32 μm. Despreze o efeito de modulação do canal (isto é,
assuma que λ=0).
Figure 4.20 Circuit for Example 4.2.
Exemplo 4.3 (pag.264)
Projecte o circuito da figura 4.21 de modo ao transístor funcionar com uma corrente de
polarização ID=80 μA. Determine o valor requerido para R e o valor da tensão contínua
em VDS. O transístor NMOS apresenta Vt=0,6 V, μn Cox = 200μA/V2, L=0,8 μm e W=4
μm. Despreze o efeito de modulação do canal (isto é, assuma que λ=0).
Figure 4.21 Circuit for Example 4.3.
Exemplo 4.4 (pág. 265)
Projecte o circuito da figura 2.22 de modo a ter uma tensão de dreno de 0,1
V. Qual a resistência entre o dreno e a fonte do MOSFET para este PFR?
Considere que Vt=1V e que k´(W/L)= 1mA/V2.
Exercício 4.1 (pág. 241)
O funcionamento de um transístor MOSFET para valores reduzidos da tensão vDS
apresenta uma corrente iD proporcional a (vGS-Vt)vDS. Determine a constante de
proporcionalidade para o dispositivo representado na figura 4.4. Indique também os
valores limites para a resistência dreno-fonte correspondentes a um excesso de tensão,
vGS-Vt compreendido entre 0,5V e 2 V.
Problema 4.18
Quando os terminais de dreno e porta de um MOSFET estão
interligados, o bi-porto é conhecido por transistor ligado em
díodo. A figura 4.18 apresenta esses dispositivos obtidos a
partir de transistores MOS de ambas polaridades (NMOS e
PMOS). Demonstre que:
a) A relação i(v) é dada por
W
i = k´ (v − Vt ) 2
L
b) A resistência incremental r para um dispositivo que
funcione polarizado em v=|Vt|+VOV é dada por
1
⎡ ∂i ⎤
r ≡ 1/ ⎢ ⎥ =
⎣ ∂v ⎦ (k´W V )
OV
L
Figure P4.18
Problema 4.43
Para cada um dos circuitos da figura P4.43, determine a
tensão nodal assinalada. Para todos os transistores considere
W
kn ´ = 0,4mA / V 2 ,Vt = 1V , λ = 0.
L
Figure P4.43
Problema 4.61
Projecte o circuito da figura P4.61 de modo ao transistor
funcionar na saturação com VD polarizado a 1 V do limite da
região de tríodo, com ID=1 mA e VD=3V, para cada um dos
dois seguintes dispositivos (utilize uma corrente de 10 μA no
divisor de tensão):
a) k p ´W = 0,5mA / V 2 , | Vt |= 1V , λ = 0.
L
b)
W
k p ´ = 1,25mA / V 2 , | Vt |= 2V , λ = 0.
L
Para cada um dos casos, especifique os valores de VG, VD, VS,
R1, R2, RS e RD.
Figura P4.61
Problema 4.77
A figura P4.77 apresenta um amplificador discreto em fonte
comum utilizando o esquema de polarização clássico estudado
na secção 4.5. O sinal de entrada vsig está acoplado à porta do
transistor através de um condensador (de capacidade
infinita). O terminal de fonte do transistor encontra-se ligado
à massa para as frequências de funcionamento do gerador de
sinal (condensador de capacidade infinita). O sinal de saída
obtido no terminal de dreno é aplicado à resistência de carga
através de uma capacidade de valor muito elevado (infinita).
a) Se o transistor apresentar kn ´W = 2mA / V 2 , | Vt |= 1V , λ = 0. verifique
L
que o circuito de polarização estabelece um PFR (ponto de
funcionamento em repouso) com VGS=2V, ID=1mA e VD=7,5V.
Assuma esses valores e verifique que são compatíveis com os
valores dos componentes utilizados no circuito.
b) Determine gm e ro se VA=100V.
c) Desenhe o circuito equivalente do amplificador para sinais
fracos, assumindo que os condensadores se comportam como
curto-circuitos à frequência do sinal.
d) Determine Rin, vgs/vsig, vo/vgs e vo/vsig.
Problema 4.87
O
MOSFET
do
circuito
da
figura
P4.87
apresenta
W
kn ´ = 0,8mA / V 2 , | Vt |= 1V ,VA = 40V .
L
a) Determine os valores de RS, RD e RG tais ID=1mA, RD apresenta o
máximo valor que permite uma amplitude máxima do sinal em VD de
±1V e a resistência de entrada da porta é 10 MΩ.
b) Determine gm e ro no PFR.
c) Se o terminal Z estiver ligado à massa, o terminal X ligado a um
gerador de sinal com uma resistência interna de 1 MΩ e o terminal Y
ligado a uma resistência de carga com 40 kΩ, determine o ganho de
tensão da fonte de sinal para a carga.
d) Se o terminal Y estiver ligado à massa, determine o ganho de tensão
entre X e Z, com z em circuito aberto. Qual o valor da resistência de
saída deste circuito seguidor de fonte?
e) Se o terminal X for ligado à massa e o terminal Z ligado a uma fonte
de corrente debitando um sinal de 10 μA e apresentando uma
resistência interna de 100kΩ, determine o valor do sinal de saída que
pode ser medido em Y. Para simplificar despreze o valor de ro.
Andares de amplificação com transistores NMOS
Problema de 3-4-2009
Relativamente aos quatro circuitos apresentados na tabela 4.4
(pag. 319), determine os seguintes parâmetros: Rin, Rout, Av,
Gv e GI.
Admita que para o PFR do transistor, este apresenta os
seguintes parâmetros: gm=1mA/V e ro=150kΩ.
Exemplo 4.12 (pag. 331)
Determine o ganho a médias frequências e a frequência de
corte superior a – 3dB do amplificador de fonte comem
alimentado com um sinal proveniente de uma fonte com
uma resistência interna Rsig = 100 kΩ. O amplificador tem
RG = 4,7 MΩ, RD =RL = 15 kΩ, gm=1 mA/V, ro = 150 kΩ,
Cgs=1 pF e Cgd=0,4 pF.
INVERSOR CMOS
Determine o tPHL de um inversor CMOS carregado com uma
capacidade C. Calcule a potência dissipada no inversor
quando se aplica uma onda vI com um período T e uma
amplitude VDD.