Amplificadores de Estágio Simples (1)

Aula 5Prof. Nobuo Oki

Estágio Amplificadores Simples (1)

Estágio Amplificadores Simples (2)

Conceitos Básicos (1)• Conceitos de grande e pequenos sinais :

• Quando x ≈ x0 , tem-se

Portanto, para análise a pequenos sinais, assume-se que Δy e Δx sejamsuficientemente pequenos, de forma que pode-se tratá-los como se fossemlinearmente dependentes. Basicamente, a análise a pequenos sinais ésimplesmente uma aproximação linear de um sistema ou circuito não-linear. Naanálise a pequenos sinais, usualmente preocupa-se apenas com Δy e Δx , eignora-se os valores CC (os termos constantes) das variáveis.Quando a amplitude de x(t) é suficientemente grande, os termos de ordemsuperiores não podem ser desprezados, então a análise a grande sinais torna-senecessária.

Conceitos Básicos (2)

• Compromisso de desempenho no projeto de amplificadores:

Estágios Fonte Comum

Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (1)• Exemplo1: Amplificador fonte comum com resistência como carga.

Nesta análise, ignora-se a modulação de comprimento de canal por simplicidade.1) Quando Vin < VT, M1 está na região de corte

Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (2)

• 2) Quando Vin > VT , e Vin < Vin1 (define-se a tensão de entrada quando M1 está no limiar entre a região de saturação e a região triodo como sendo Vin1 ), M1 está na região de saturação.

• Assim

• Note que quando M1 está na região de limiar entre a região de saturação e a triodo VGS −VT = VDS , tem-se que Vin1−VT = Vout . Vin1 é dado pela seguinte equação:

Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (3)

Para cálculo do ganho de tensão, assume-se o transistor na região de saturação.

3) Quando Vin > Vin1 , M1 está na região triodo.

Assim

Vo pode ser obtida como função de Vin através da resolução da equação acima.Como VGS tem menos controle sobre IDquando o transistor M1 atua na região triodo, usualmente deixa-se o transistor M1 na saturação para obter ganhos de tensão elevados.

Estágios Fonte Comum com Carga Resistiva (4)

• gm muda com a tensão de entrada Vin (realmente Vin=VGS). Quando• Vin = Vout +VT , gm atinge seu valor máximo, bem como o ganho de

tensão.

onde

Estágios Fonte Comum• Exemplo 2: Desenhe a corrente de dreno e a transcondutância de M1 como

função de tensão de entrada.

Estágios Fonte ComumSe o efeito de modulação de comprimento do canal for considerado,

Assim,

Note que

Tem-se,

Assim,

Modelo a pequenos sinais:

Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(1)• Exemplo 3 : Desenhe o modelo a pequenos sinais do seguinte circuito e

derive o ganho a pequenos sinais. Assume-se que ambos os transistores M1 e M2 estejam na região de saturação.

Logo o diagrama a pequenos sinais pode ser obtido como sendo,

Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(2)

Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (1)

Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (2)

Derivação do ganho de tensão a pequenos sinais

Substituindo (3) em (2)

Substituindo (4) em (2)

Estágios Fonte Comum com uma Fonte de Corrente como Carga (1)

• Exemplo 4: Assumindo que M1 encontra-se na saturação, determine o ganho de tensão do amplificador.

Solução 1:Desenhando o diagrama a pequenos sinais do amplificador como mostrado no lado direto da figura acima

Assim,

Note que,

Tem-se queObs. Neste circuito seID tende a zero o ganho tendea infinito!!! Lembre-se de quepara correntes baixas o transistorentra na região de sublimiar.

Estágios Fonte Comum com um Diodo MOS atuando como Carga

• Exemplo 5: Qual é a impedância do seguinte circuito visto da fonte do transistor M1?

Qual é a impedância?

Desenhando o modelo a pequenos sinais :

Visto do terminal de fonte, a condutância a pequenos sinais é dada por

ou, a resistência é

Estágios Fonte Comum com um Transistor MOS atuando como Carga

• Exemplo 6 : Qual a impedância vista do dreno?

Solução :

Desenhando o modelo equivalente a pequenos sinais, tem-se

(Nota : Como a fonte e o substrato estão conectados, não há gmb no modelo a pequenos sinais)

Assim, a condutância vista do terminal de dreno é dada por:

Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (1)

• Exemplo 7 :Estágio Fonte comum com qualquer tipo de carga.

Assim,

Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (2)

Estágio Fonte Comum com um Qualquer Tipo de Carga (3)

Cargas em série: Cargas em paralelo:

Estágio Fonte Comum (1)

Assim

Exemplo 8 :Qual é o ganho de tensão deste amplificador?

Note que

Estágio Fonte Comum (2)Qual é o ganho de tensão deste amplificador?Exemplo 9 :

Exemplo 10 : Qual é o ganho de tensão deste amplificador?

Estágio Fonte Comum (3)• Se M1 e M2 se encontram na região de• saturação, qual é o ganho de tensão deste amplificador.

Exemplo 11:

Estágio Fonte Comum com Degeneração da Fonte (1)

• If we ignore l and g :

Com a degeneração de fonte, a transcondutância é mais linear !!

Estágio Fonte Comum com Degeneração da Fonte (2)

• Exemplo 12 : Qual é a transcondutância do circuito se l e g não forem desprezados? Desenhando o modelo a pequenos sinais :

Fazendo e equação nodal tomando como referência o nó vs

Note que, assim,

Finalmente obtêm-se

Resolvendo (1), obtêm-se

Estágio Fonte Comum com Degeneração da Fonte (3)

• Exemplo 13 :Assumindo que l e g =0 para M1 e M2, calcule o ganho a pequenos sinais.

Relembrando o ganho de tensão do estágio fonte comum com degeneração de fonte

Substituindo em Rs,