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Amplificadores de Estágio Simples (1) Aula 5 Prof. Nobuo Oki

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Amplificadores de Estágio Simples (1)

Aula 5Prof. Nobuo Oki

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Estágio Amplificadores Simples (1)

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Estágio Amplificadores Simples (2)

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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.

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Conceitos Básicos (2)

• Compromisso de desempenho no projeto de amplificadores:

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Estágios Fonte Comum

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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

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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:

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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.

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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

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

função de tensão de entrada.

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

Assim,

Note que

Tem-se,

Assim,

Modelo a pequenos sinais:

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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,

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Estágios Fonte Comum com Carga Ativa(2)

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Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (1)

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Estágios Fonte Comum com Degeneração de Fonte (2)

Derivação do ganho de tensão a pequenos sinais

Substituindo (3) em (2)

Substituindo (4) em (2)

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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.

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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

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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:

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

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

Assim,

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

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

Cargas em série: Cargas em paralelo:

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Estágio Fonte Comum (1)

Assim

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

Note que

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

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

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

Exemplo 11:

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Estágio Fonte Comum com Degeneração da Fonte (1)

• If we ignore l and g :

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

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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

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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,