PSI 2223 – Introdução à Eletrônica Programação para a Terceira Prova
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PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Terceira Prova
21ª Aula: O MOSFET como Amplificador
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Explicar a utilização do MOSFET como amplificador quando opera na região de saturação
- Empregar o Modelo para pequenos sinais para calcular o ganho de tensão em amplificadores como MOSFET
Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo
Enriquecimento
Equações de IEquações de IDD=f(V=f(VGSGS, V, VDSDS) de 1) de 1aa OrdemOrdem
• Região Triodo: 0< vDS vGS-Vt
2
2 DS
D n GS t DS
vWi k v V v
L
• Região de Saturação: 0< vGS-Vt vDS
2
2GS t
D n
v VWi k
L
onde oxn
ox
oxn .Cμx
εμnk
(Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V2])
NMOSFNMOSF
ETET
• Região de Corte: vGS Vt ou vGS-Vt 0 iD=0
1
( )
( )
D n ox GS t DS
DS n ox GS t
Wi C v V v
LW
r C v VL
Linear ( se vDS << vGS-Vt )
Parabólica
Região de Saturação
VDS > VGS − Vt
Limiar entre triodo e saturação: vDS = vGS - Vt
NMOS
2
2GS t
D n
v VWi k
L
MOS saturado!
Exemplo 4.4 Como operar em saturação?
Fazer VDS ≥ VGS − Vt ou VGS ≤ VDS + Vt
[ vGS vDS +Vt ]
Operando na Região de Saturação
[ vGS vDS +Vt ]
O DS I GSv v e v v
DD D D DSV R i v
2
2GS t
D n
v VWi k
L
1DDD DS
D D
Vi v
R R
carga passiva
Operando na Região de Saturação
carga passiva
vi
vo
[ vGS vDS +Vt ]
DD
D
VR
1DDD DS
D D
Vi v
R R
Operando na Região de Saturação
vI
vO
DD
D
VR
1DDD DS
D D
Vi v
R R
( )
i t DS t
saturaçãov entre V e v V
i tv V
( )
i DS tv v V
triodo
vO
O MOSFET como Amplificador
• Como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação
carga passiva
[ VGS VDS -Vt ]
• Será que podemos analisar esse comportamento matematicamente na região de saturação?
2GS tD
VWk
L 2n
vi
D
GS
D d
GS gs
i I i
v V v
Região de Saturação: Modelo para grandes sinais
2
2GS t
D n
v VWi k
L
GS t
DS GS t
v Vv v V
Sofisticando o Modelo na Região de Saturação
21
2( . )GS t
D n DS
v VWi k v
L
2
2GS t
D n
v VWi k
L
AVonde
1
VA
GS t
DS GS t
v Vv v V
Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um
NMOSFET operando em saturação incorporando r0
ADo V
ondeI
r11
Região de Saturação: Modelo para grandes sinais
O MOSFET como Amplificador
• Como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação
carga passiva 2
2GS t
D n
v VWi k
L
[ VGS VDS -Vt ]
O MOSFET como Amplificador
• Falamos que como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação
. .( ) GS GS
D
GS v V
m n GS t
i
v
Wg k V V
L
2
2GS t
D n
v VWi k
L
gsmd vgi
inclinação(aproximação)
Modelos Equivalentes de Circuitos
. .( ) DSm n GS t
GS
i Wg k V V
v L
Pequenos SinaisGrandes Sinais digi
gsmd vgi
Modelos Equivalentes de Circuitos para Pequenos
Sinais
D
Ao I
Vr . .( ) DS
m n GS tGS
i Wg k V V
v L
Pequenos Sinaisdigi
gsmd vgi
Pequenos Sinais com rodigi
)////( LoDmgs
dV RrRg
vv
A
Ganho de Tensão
Modelos Equivalentes de Circuitos para Pequenos
Sinais
/ / / / )(d m gs LD ov g v R r R
Até onde vale o Modelo Equivalente
para Pequenos Sinais?
2
2
( )GS gs t
D n
V v VWi k
L
(saturação)
2 21 1
2 2D n GS t n GS t gs n gs
W W Wi k V V k V V v k v
L L L
vGS
>>
21
2 n gs n GS t gs
W Wk v k V V v
L L 2 GS tV Vgsv
Pequenos Sinais!
PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Terceira Prova
21ª Aula – Parte II: O MOSFET como Amplificador II
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Empregar o Modelo para pequenos sinais para calcular o ganho de tensão em amplificadores como MOSFET
- Identificar a condição em que se considera um sinal como de pequena amplitude
Operando na Região de Saturação
[ VGS VDS -Vt ]
carga passiva
Modelos Equivalentes de Circuitos para Pequenos
Sinais
limite com o corte
limite com a triodo
Limite com o corte: 2
02
( )GS t tGS t D n
v V VWv V i k
L
Limite com o triodo: 2
02max
( )DS t tGS DS t D n
v V VWv v V i k
L
2
2DS
D n DD DS D D
vWi k e V v R i
L
0max
( )DS DD Dv V i
2
2DS
DD DS D n
vWV v R k
L
2 0
2 min min
'ñ
D DS DS DD
k WR v v V
L
Modelos Equivalentes de Circuitos para Pequenos
Sinais
.LW
.kg nm DI 2
gmtGS
D
VVI
2
)VV.(L
W.k
V
Ig tGSn
GS
DSm
D
Ao I
Vr
tGS VV 2GSv
Pequenos Sinais!
Outras maneiras de expressar gm
Ex. 4.10: Amplificador MOSFET fonte comum empregando um resistor de realimentação dreno-porta: Qual o ganho de tensão? Qual a resistência de entrada? Qual o maior sinal possível na entrada?
ID 120, 25(VGS 1, 5)2
VD = 15 – RDID = 15 – 10ID
ID = 1,06 mA e VD(S) = VG(S) = 4,4 V
Calcular POLARIZAÇÃO (= ID, VDS , VGS)
Calcular PEQ. SINAIS (= Av, Rin, Rout)
FET:
Reta de Carga:
O papel do resistor de realimentação RG
entre dreno e porta
ID mais constante
carga passiva
Saturação: VDS > VGS − Vt
VDS = VDD − RDID OU
VDD = VGS + RDID
Se ID tende a aumentar, VGS diminui, forçando ID a diminuir. E vice-versa
2
VV
L
WkI
2tGS
D
n
RG garante saturação, pois VDS = VGS !!!
FET:
Reta de Carga:
Ex. 4.10: Qual o ganho de tensão?
V/mA725,0
)5,14,4(25,0
)(
tGSnm VV
LW
kg
k4706,1
50
D
Ao I
Vr
)////( oLDgsmo rRRg vv
iG ≈ 0
V/V3,3)47//10//10(725,0
)////(
oLDmi
o rRRgvv
Ex. 4.10: Qual a resistência de entrada? iG ≈ 0 mas não desconsideramos neste caso!!!
Goii Ri /)( vv i
iin
iR
v
M,,M,
33234
1034in
G
ii R
Ri
v
),( 331
1
G
ii
i
o
G
ii
Ri
Ri
v
vvv
Ex. 4.10: Qual o maior sinal possível na entrada?
Devemos manter o MOSFET na saturação: vDS ≥ vGS − Vt
tiGSivDS VvVvAV vDSmin = vGSmax − Vt
51443344 ,,,, ii vvVvi 340,
22ª Aula: O MOSFET como Amplificador II
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Identificar as configurações básicas de amplificadores MOSFET empregados em Circuitos Integrados
- Explicar a necessidade de polarizar para ID constante
- Determinar o ganho de tensão nas configurações fonte comum, porta comum e dreno comum