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Eletrônica II
Germano Maioli Penello
Aula 07
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
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Resumo da aula passada
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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais
Ao fazer a análise do sinal na aproximação de pequenos sinais:• substituímos o transistor pelo modelo de pequenos sinais • curto circuitamos as fontes de tensão • removemos as fontes de corrente deixando um circuito aberto.
Modelo -híbrido
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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais
O modelo ideal do MOSFET considera que a corrente de saturação não depende de vDS. Sabemos que isto não é verdade! Uma aproximação melhor modela o MOSFET com uma resistência finita ro entre o dreno e a fonte.
Ideal ro = Real ro = finito
Modelo -híbrido
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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais
O modelo ideal do MOSFET considera que a corrente de saturação não depende de vDS. Sabemos que isto não é verdade! Uma aproximação melhor modela o MOSFET com uma resistência finita ro entre o dreno e a fonte.
Lembrando: Esta resistência aparece por causa do efeito de modulação de comprimento de canal ( = 0 ro = ; ≠ 0 ro = finito)
Modelo -híbrido
Tipicamente ro = 10 k a 1000 k
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Modelo de circuito equivalente para pequenos sinais
Modelo T
Por simplicidade, omitimos ro. Ele pode novamente ser adicionado entre a fonte e o dreno.
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Exemplo
1º análise DC. Qual o circuito?2º análise de sinal. Qual o circuito? Qual o modelo que utilizaremos?
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Exemplo
1º análise DC. Qual o circuito?2º análise de sinal. Qual o circuito? Qual o modelo que utilizaremos?
Confira a análise DC e o início da análise do sinal na aula passada
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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Exemplo
2º análise do sinal.
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ResumoParâmetros de sinal pequeno
NMOS PMOS
Substituir n por p e usar o módulo das quantidades VOV e VA
Modelos de circuito equivalente de sinal pequeno
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Configuração de amplificadores
Com as ferramentas desenvolvidas até o momento, podemos agora analisar circuitos com MOSFETs.
Para começar, não nos preocuparemos com o circuito de polarização, veremos isso mais adiante.
Os circuitos que apresentaremos nesta aula serão simplificados para reforçar as características principais das configurações.
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Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Em cada conficuração, onde está aplicado o sinal? Onde é a saída? Qual o terminal do transistor que é comum entre a entrada e saída?
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Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum Porta comum Dreno comum
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Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum Porta comum Dreno comum
A configuração fonte comum é a mais popular em amplificadores MOSFET
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Configuração de amplificadores
As três configurações básicas:
Fonte comum Porta comum Dreno comum
A partir de agora, analisaremos os circuitos para determinar as características do amplificador em cada configuração
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
Como caracterizar a performance de um amplificador?
Quais são os parâmetros importantes num amplificador?
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
Como caracterizar o desempenho de um amplificador?
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
•Resistência de entrada•Ganho de circuito aberto•Resistência de saída•Ganho total
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
onde
Resistência de entrada é dada por
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
O ganho de circuito aberto é definido como
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Amplificadores (Revisão)Reveja aula 3
A resistência de saída é obtida quando vi é zero.
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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
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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
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Amplificador de fonte comum
É a configuração mais usada
Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores
Novamente, quais os parâmetros que desejamos determinar deste circuito?
(Volte no slide 27)
(circuito simplificado, sem o circuito de polarização)
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Amplificador de fonte comum
É a configuração mais usada
Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores
Para analisá-lo, qual modelo de circuito equivalente utilizaremos?
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Amplificador de fonte comum
É a configuração mais usada
Fornece a a maioria do ganho de tensão em uma cascata de amplificadores
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
1º - Resistência de entrada?
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
1º - Resistência de entrada?
Rin = Por que?
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
2º - Ganho de circuito aberto?
O que devemos calcular para obter o ganho de circuito aberto?
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
2º - Ganho de circuito aberto
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
2º - Ganho de circuito aberto
A resistência ro reduz o ganho! Em componentes discretos, ro >>RD
A redução é normalmente < 10%
Isto só é válido para componentes discreto! Não é válido em CI.
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
3º - Resistência de saída
Se vsig = 0 vgs = 0 e gmvgs = 0
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
3º - Resistência de saída
Se vsig = 0 vgs = 0 e gmvgs = 0
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Amplificador de fonte comumParâmetros 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
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
Resistência de entrada = (idealização)
Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(Reduzir RD é uma opção?)
Ganho de circuito aberto elevado
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
Resistência de entrada = (idealização)
Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(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?
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Amplificador de fonte comumParâmetros característicos do amplificador de fonte comum
Resistência de entrada = (idealização)
Resistência de saída é de moderada a alta - na faixa de 1k e 10 k(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:
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Amplificador de fonte comumAnalisando 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.
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
O que desejamos determinar?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
O que desejamos determinar?
•Resistência de entrada•Ganho de circuito aberto•Resistência de saída•Ganho total
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
O que desejamos determinar?Qual modelo de circuito usar?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
O que desejamos determinar?Qual modelo de circuito usar?
Em geral, quando há uma resistência conectada ao terminal de fonte, usaremos o modelo T.
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Não incluímos o ro neste modelo pois ele complica a análise consideravelmente. Isso faria com que o amplificador se tornasse não unilateral. Novamente, em circuitos discretos, ro pode ser desprezado.
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Rin = ?
vgs= ?
Ro = ?
i = ?
vo = ?
Avo = ?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Rin = ?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Rin =
Calcular agora vgs
Como relacionar vgs com vi ?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Rs pode ser usado para controlar o sinal vgs, e assim garantir que vgs não aumente muito causando distorções não lineares. (Apenas como informação: isto é chamado de realimentação negativa)
Divisor de tensão
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular vo?
Relacionar vo com i
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular vo?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular vo?
Como calcular i ?
Relacionar i com vi e os resistores do circuito 1/gm e RS
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular vo?
Como calcular i ?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular vo?
Como calcular i ?
Substituindo i na equação acima, relacionamos vo com vi
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular o ganho de circuito aberto?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular o ganho de circuito aberto?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular o ganho de circuito aberto?
Note que a resistência Rs reduz o ganho!
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular o ganho de circuito aberto?
Note que a resistência Rs reduz o ganho!
Esse é um preço a se pagar. A redução do ganho está ligada a melhoria de outras características do circuito (estabilidade, maior largura de banda)
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular a resistência de saída?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
Como calcular a resistência de saída?
(vgs= 0 i = 0)
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
E o ganho total?
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ExercícioAnalise o amplificador abaixo:
E o ganho total?
Adicionando RL à saída do circuito, obtemos um novo vo
Como Rin = , Gv = Av
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ConclusãoVimos 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 1k e 10 k(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.