Andar de Emissor comum: • Par diferencial: Circuito ... · Circuitos Electrónicos Básicos 2 Par...

Circuitos Electrónicos Básicos 2

Par DiferencialMotivação

• Andar de Emissor comum:– Condensadores com valor

irrealizável em IC– Resistências com área elevada– Elementos passivos com

dispersão de parâmetros da ordem de 10%

• Par diferencial: Circuito fundamental em microelectrónica– Amplificador: função analógica

linear básica; entrada diferencial; saída diferencial ou simples; entrada de ampop’s.

– Multiplicador: função analógica não-linear básica; modulador ou detector de fase (muito usado em comunicações)

– Família lógica ECL: muito rápida; aplicações específicas.


Par DiferencialCircuito

• Par diferencial: Circuito fundamental em microelectrónica– Bipolar ou MOS: – carga resistiva, circuito

simétrico– carga activa. – Componente

• de modo diferencial = anti-simétrica

• de modo comum = simétrica


Par DiferencialComponentes diferencial e de modo comum

• Par totalmente desequilibrado.

• v1=v2=vc→vD=0• vc não afecta correntes e tensões na

saída.• Limites de modo comum: Saturação

de Q1 e Q2 ou saturação dos transistores da fonte de corrente


Par DiferencialCaract. de transferência: entrada diferencial

1

1 2

21 2

1

1

2

1 22

;

;1 1

;

; 1

BE BE

T

BE BE

T

T

D D

T

T

T

v vV VS

C Cv

Av vV V

C S S

C C vV

C

V

IQ Q V

i I e i I ei

I e e

I Iie

i ie

I

α

α αα

α α− +

→ = +

= =

+

= → ∞

= =

= + ≈+


Par DiferencialCaract. de transferência: entrada diferencial

θ

{ {

( )

1

2 2

1 2 C

1 1

1 1 2 2

1 2 2 1

e não dependem de R ( )par totalmente desequilibrado se

; ;

amp

4 100

tan4 2

tanh2

lifica«2

D

T

D T

C m

D TvIV

Do

T

D T

C C A

C m BE

o CC C C o CC C C

o o C C C

i i V

i g v

v V R i v V R i

v V mVi gIv V

vv v v R i i IV

v V

α

θ

α

∆

→ ∞

≈

∆ = ∆ ⇒

= −

≥ =

∆= ≈ =

∆

−= =−

→

= −

− =

dor linear (na prática considera-se para 10 )

útil como limitador ou em circuitos lógicos4D

D

Tv

v

V

mV

> →

<


Par DiferencialDegeneração de emissor

( )( )1 2

1 2 1 2 1 2

1 2 1

1

-

2 2

; ;

normalmente »1despreza-se (na prática )4

2 2lin

«

ear

2 2

»

»

BE C C

C C D BE BE e E E

e T

D e

D DC C C

e e

DC C

v i i

D e BE

C

D e

e

e

D

v R I v

i i I I v v v R i i

R I V

v R I

v vIi i iR R

v

v R I

Ii i I iR

v R I

α∆ ≈

+ = ≈ = − + −

→ <

− ≈ ≈ + ⇒ ≈ + ≈ ≈ −

∆

⇒

14243 14243

2

1

1

1

2

0

0«

linear com maior amplitude de ,

mas menor

ganho 2

D

Co

C

C

CD e

C

De

vRv

i Ii

iv R I

i

vR

I

≈→

= −

≈

≈ − → ≈


Par DiferencialFunc. dinâmico linear


Par DiferencialFunc. dinâmico linear

1 2 1 2

1

2

1 2

1 2

;

linearizaçã2

Ganh

o:

;2

2 2

2 21 num col

o ect

do

iferenr

: 2cial

C C C C

C C m

idBE BE

o o

be mT

ido CC C m C

ido CC C m C

m Csa

o m C D

ídad

id

i i I I i i

Ii i g v gV

vIv V R g R

vIv V R g R

g RvA

v

vv v

v v v g R v

α

α

α

α

+ = ≈ ∆ = −∆

→

∆ = = =

= − −

⇒ =

∆ = −∆ =

= − =

=

−

− +

→=

m

Ganho de modo co

entre colectores

: 0 com simetria perfeita e fom nte idealum

m C

saídac

c

g R

vA I

v

→

= =


Par DiferencialTeorema da Bissecção

• Circuitos com eixo de eixo de simetriasimetria

• Excitação anti-simétricaLigações cortadaspelo eixo de simetria:tensão à massa constantePODEM LIGARPODEM LIGAR--SE À SE À

MASSAMASSA


Par DiferencialGanho diferencial

12

1

2

12

12

Ganho diferencial do andar de emisso

2

r com m

2

u

d

idc m C

idc m C

A

d

o m C idv g R

vv g R

vv g

A

v

R

=

−

= +

−

=

=

123


• Circuitos com eixo de eixo de simetriasimetria

• Excitação simétricaLigações cortadas pelo eixode simetria: cortam linhasequipotenciaisPODEM SER SUPRIMIDASPODEM SER SUPRIMIDASporque correntes e tensões emrepouso e incrementais não sealteram




( )1 2 2

2 andares de emissor comum com degeneração de emissor, independen

1 21

te

se «2 »2

s.

»

Cicm

EE

EE EE E

CC C icm

m

EE

E T

Rv

r R

r R R

Rv v v

R

R I Vg

π

π

ββ

β

= −

→ →

≈−+ +

=

ib

vc vo1

rp RCßib

2REE


Par DiferencialGanho diferencial e de modo comum

( )

( )

( )

1 21 1 2

1 2

1

2 1 2

2 1 2 1 2

12 2 212 2 2

CC m C

EE

CC m C

C C m C

E

C

E

R v vv g R v v

RR v v

v g R v

v v v g R v v

vR

+ = − − − +

= + − −

= − = − −


Par DiferencialRelação de rejeição do modo comum

1 1

2 2

12saída num colector:

2

saída entre (c

CMRR Common-Mode Rejection Ratio [d

om simetria perfei

B]

2

Assimetria em

colectores:

:

2

ta)

m C

m EC

EE

CC C C IC

EE

CC C C

d EE

c T

d

c

C

C

A IRA V

AA

R

g Rg R

RR

RR R v v

RR R

R R R v

= = −

+ ∆=

=

+ ∆ = −

→

= =

= ∞

{12 2

interessa elevado fonte de corren e2

tC

CC IC

EEA

EE

CIC

EE

Rv v

R

vR

R⇒

∆=

⇒ →


Par DiferencialImpedâncias de entrada

• Resistência de entrada diferencial

• Resistência de entrada de modo comum

( )

( ) ( )

2 2

21

2muito elevadai

ic b EE b b

ic

bc EE

v r i R i ivi

rR R

π

π β

β=

= = +

+ +

+2idR rπ=

+-

+-

vc

2ib

vc

RE

rp ßib rpßib

ibib

+-

+-

vd

ib

vd

RE

rp ßib rpßib

ib

ib

Rid

2Ric

2Ric


Par DiferencialTensão de desvio – offset voltage

I

Q1 Q2

VCC

RC2RC1

-VEE

vo12

I

Q1 Q2

VCC

RC2RC1

-VEE

vo12=0

VOS

( )

( )

1 212

1 2

1 2 12

1 21 2

2 1

12 1 1 2 2

2 2

1 1

1 1 2

2 1 2

1

ln

pequenas assimetrias e

0

0

ln

m :

0

12 «1 12 2

C Co

OS o

C SOS BE BE T

C S

o C C C C

C C C C C C

C C

C C C C C C

C SOS T

C

S

S

C

S

R IV V

R Rv

Q Qv v V v

I IV V V V

I Iv I R I R

R R

R

R R R RR R

R R R R

I

I

R

R R

I

≠ ≠≠

− = → =

= − = ⇒ = → =

= + ∆ ∆ = −∆

=

=

− ∆ = +

= +

( )

1 2

2 1 2

12 «1 12 2

S S S S

S S

S S S S S S

I I I II I

I I I I I I

∆ ∆ = −∆

= − ∆ = +

( )

( )

1 12 2ln1 12 2

ln 1 1

porque se «1:

12 1 1 1

2 212

ln 1

C C S S

OS T

C C S S

C ST

C S

C SOS T

C S

R R I IV V

R R I I

R IV V

R

I

I

R IV

R

ε

εε ε

εε

ε ε

− ∆ − ∆ = ≈

+ ∆ + ∆ ∆ ∆

≈ − − ≈

− ≈ − − ≈ −

∆

+ − ≈

∆≈ +

−


Par DiferencialTensão de desvio

• Variação estatística

I

Q1 Q2

VCC

RC2RC1

-VEE

vo12

I

Q1 Q2

VCC

RC2RC1

-VEE

vo12=0

VOS

Caso mais desfavorável (worst case) Distribuição estatísticaassimetria

; variáveis aleatórias

somars máximas médiavar. aleatória

3%, 15% 4.5

! (

ex: C S

C S C SOS T

S

OS

C S

SC

C

R IV mV

R I

R I R IV V

R I R I

xx

µ→

∆ ∆≤ ≤ →

∆ ∆ ∆ ∆≈ − + →

→ →

≤

( )

( )2 2 2

desvio padrão

ex:

)( )

0

1

0; 0.01; 0;

.27

0.5

C SOS T

C S

C SO

C C S S

C C S

S TC S

S

R R I IR R

x

R IV V

R I

R IV V m

R I

I I

V

σ

µ

µ σ µ σ

µ µ

σ σ σ

∆ ∆ ∆ ∆= =

→

∆ ∆= + =

∆ ∆

= + =

= =

Nota: define-se corrente de desvio de forma análoga


Par Diferencialcom Carga Activa

( )( )( )

1 2 3 4

3 1

4 3 4 3 1,

1 2

4

2,3,

2 1 2

4

2 1

; ;em repouso:

2

caraterística de transferência:

;

1 1

tanh

2

D D

T T

C Cv v

C C

C C BE BE C

C C

V V

DC

T

A

o C C C

Q Q Q Q

I Ii ie e

vi i i i i I

I III I V V I

V

I I V

α α

α

β

− += =

+ +

= − ≈ − =

= =

≈ → ∞

= = == → ∞

io


Par Diferencial com Carga ActivaRegime incremental

( )

1 2

4

1 2

1 2

2

Transcondutância

2Resistência de entrada diferencia

saída em c.c e

2 2

2resist. de modo comum

l

Remuito elevada

/sistência de

/pod

s

e o

a

aíd

m m

A

d do C C m m m d

id

o o o

mT

Vv v

i i i g g g v

R r

R r

Ig g gV

r

π

→ ∞

= − = − − =

= =

=

=

=

( )( )

( )2 4

bter-se do esq. inc.

circ. assimétrico não se pode aplicar teorGanho de tensão diferencial em vazio

. Bissecção

//d m o oA g r r=

io

vd vo2rp

ro2//ro4

gm vd


Par diferencial MOSCaracterística de transferência

( ) ( )

21

1 22 2

1 1 2 2

1 2

21

22

1

1 2

11 2

( .); 0; despreza-se ef. corpo.

;

2 2 4

2 2 4Totalmente desequilib

2 0

rado:

2 2 2

D GS t D GS t

D D

D D D

D D D

D

D GS

D DD D D

G

D

S

Q Q Sat

i k v V i k v V

i ik k

I I ki

k k Ii v i

v v v

i

kv v

I I ki kv v

i

vi I

λ

−

+ − =

= →

= − = −

= −

= + −

= − −

= − ⇓

+ = ⇒

( )

( )

2

1 2

; 0 2

; 20

D GS t

D G

D

SD D t

I i se

i i I se

Iv V Vk

Iv V Vk

≥ = −

≤ − =

= =

−= − =


Par diferencial MOS

• Func. Dinâmico linear• Tensão de desvio

I, RS

( )

( )

( )

1 21 1 2

1 2

12 1 2

1

1

2 2

2

12 2 212 2 2

DD m D

S

DD m D

O D D

S

D m

R v vv g R v vRR v vv g R v

v v v g R v v

vR

+ = − − −

+= + − −

= − = − −

( ) {

( )

( ) ( )

2 100.1 1

10 1

2

: »

GS t DOS TMOS

DmVV

C SOS TT

OS OSMOS TJ

JBC S

mV mV

B

WV V R LV V

WRL

R IV

típico V

VR

V

I

−−

∆ − ∆ = ∆ + − −

∆ ∆=

+

14243

14243 14243


Par Diferencial MOS com Carga ActivaRegime incremental

( )

1 2 1 2

2 4

1 2

Transcondutância

Resistência de entrada diferen

saída em c.c e 0

2 2

//pode obter-se do esq. inc.

circ.

cial

Resis

assimétri

tência de saída

d do D D m m m d

i

m m mGS

d

o o o

T

Ig g gV

v vi i i g g g v

R

R r r

V

λ →

= − = − − =

= ∞

=

= = =−

( )

( ) ( )2 2 44

Ganho de tensão diferencial em vazioco não se pode aplicar teor. Bissec

2

o

2 1

çã

//d o oA

GS GSo

To

Tm

VIV V I

A g r r r rV Vλ

=−

==−

=

io

vd voro2//ro4

gm vd

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