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Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte II. Jadsonlee da Silva Sá Jadsonlee.sa@univasf.edu.br www.univasf.edu.br/~jadsonlee.sa. MOSFET:Amplificador e Chave. MOSFET como amplificador . A base desta aplicação  Região de saturação.

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Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte II

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Presentation Transcript


Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte II

Jadsonlee da Silva Sá

Jadsonlee.sa@univasf.edu.br

www.univasf.edu.br/~jadsonlee.sa


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • MOSFET como amplificador.

    • A base desta aplicação  Região de saturação.

    • O MOSFET atua como fonte de corrente (iD - Saída) controlada por tensão (vGS - Entrada)  Amplificador de transcondutância.

    • A relação iD-vGS é não-linear (quadrática)  É importante que a amplificação seja linear.

    • Como resolver este problema?

    • Polarizar em CC o MOSFET (VGS e ID) e superpor o sinal a ser amplificado vgs (sinal pequeno) sobre VGS.


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Estudaremos primeiro a operação em grandes sinais do MOSFET  Característica de transferência de tensão de um circuito amplificador MOSFET.

  • Analisaremos como o MOSFET deve ser polarizado para operar em cada uma das três regiões:

    • Saturação Amplificador de pequenos sinais.

    • Corte e triodo Chave aberta e chave fechada.


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Operação com grandes sinais – A característica de transferência.

    • Considere o circuito fonte comum – Amplificador MOSFET mais utilizado.

Vamos obter vO para diferentes valores de vI (0 a VDD)  Característica de transferência.

Saída

Entrada


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Operação com grandes sinais – A característica de transferência.

    • A operação deste circuito é controlada pela relação iD-vDS:


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Operação com grandes sinais – A característica de transferência.

    • Podemos utilizar o gráfico iD-vDS para determinar a relação vO (vDS) – vI (vGS).

    • Procedimento:

      • Para cada valor de vI, localizamos a correspondente curva iD-vDS.

      • Obtemos vO a partir do ponto de interseção dessa curva com a reta de carga.


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Operação com grandes sinais – A característica de transferência.

Chave

Quando vI excede Vt, o MOSFET conduz, iD aumenta e vO diminui  vO = vDS > vGS - Vt

Amplificador

vO = vDS ≤ vGS - Vt


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Expressões Analíticas: característica de transferência.

Segmento da região de corte (XA).

Segmento da região de saturação (AQB).

Desprezando a modulação (λ=0).


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Expressões Analíticas: característica de transferência.

    • Segmento da região de saturação (AQB).

      • Substituindo iD em vO, obtemos:


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Expressões Analíticas: característica de transferência.

    • Segmento da região de triodo (BC).

      • Substituindo iD em vO, obtemos.


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Expressões Analíticas: característica de transferência.

    • Segmento da região de triodo (BC).

      • A porção deste segmento para vO (vDS) pequeno é derivada por,


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Expressões Analíticas: característica de transferência.

    • Segmento da região de triodo (BC).

      • Para vO (vDS) pequeno, o MOSFET opera com um resistor rDS. vO pode ser derivado pela equação seguinte.


MOSFET:Amplificador e Chave.

  • Tarefa 1: resolvam o exemplo 4.8 do livro Sedra/Smith quinta edição.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Projeto de um amplificador  É essencial estabelecer um ponto de operação (polarização) CC.

    • Ponto de operação:

      • ID estável;

      • VDS que mantenha o MOSFET na região de saturação para os níveis de sinal de entrada esperados.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização por VGS fixo.

    • Abordagem mais direta.

    • Fixa VGS no valor necessário para prover o ID desejado.

    • VGS pode ser fixado por meio da fonte de alimentação VDD e um divisor de tensão.

    • Não é uma boa estratégia!!

  • Vt, Cox e W/L variam muito entre dispositivos ditos do mesmo tipo e tamanho. Além disso, Vt e μn dependem da temperatura.

  • Fixar VGS, torna ID muito dependente da temperatura.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização por VG fixo e resistência conectada na fonte.

  • Basicamente, ID será determinada pelos valores de VG e RS.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização por VG fixo e resistência conectada na fonte.

    • Circuitos Práticos.

RG1 e RG2 devem ser elevados (MΩ) para garantir uma alta resistência de entrada.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização por VG fixo e resistência conectada na fonte.

    • Circuitos Práticos.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Tarefa 2: resolvam o exemplo 4.9 do livro Sedra/Smith quinta edição.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante.

    • Melhor forma de polarizar um MOSFET.

  • RG garante uma resistência de entrada elevada.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante.

  • Visto que o dreno e a porta de Q1 estão em curto, Q1 opera na região de saturação.

  • Supondo modulação nula.


Polarização de Circuitos Amplificadores

  • Polarização Utilizando Fonte de Corrente Constante.

  • Observe que Q2 tem o mesmo VGS que Q1. Supondo que Q2 está na saturação, I=ID2 será,

  • Espelho de corrente.


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • Considere o circuito amplificador fonte comum.

  • VGS Tensão CC de polarização.

  • vgs  Sinal de entrada a ser amplificado.

  • vO  Sinal de saída.


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • Ponto de polarização CC.

  • Fazendo vgs = 0, obtemos ID e VD (VDS) de polarização. Desprezando a modulação.

  • Para garantir a operação na saturação, devemos ter:


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • O sinal de corrente no terminal do dreno.

  • A tensão instantânea porta-fonte será,

  • A corrente de dreno instantânea total iD será,

Componente diretamente proporcional a vgs.

Distorção não-linear.


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • O sinal de corrente no terminal do dreno.

  • Para reduzir a distorção não-linear, vgs deve ser pequeno tal que,

  • Resultando em,

  • Se essa condição para pequenos sinais for satisfeita, podemos desprezar o último termo de iD.


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • O sinal de corrente no terminal do dreno.

    • iD pode ser expresso por,

      Onde:

    • A transcondutância gm é derivada por,


Operação em Pequenos Sinais e Modelos

  • O ganho de tensão - Av.

  • A tensão de dreno instantânea total vD é expressa por,

  • Na condição de pequenos sinais, temos:

  • Logo, o componente do sinal da tensão de dreno será dado por:


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