Universidade de São Paulo
PSI3322 - João A. Martino – PSI/EPUSP
PSI3322 - ELETRÔNICA II
Prof. João Antonio Martino([email protected])
(WhatsApp: 11-97189-1550)
Critérios de avaliação de aprendizagem:
A média geral (MG) será calculada a partir de 2 provas (P1 e P2) e média de testes semanais (MT)
descartando-se a menor nota de testinho.
MG = 0,25.MT + 0,3.P1 + 0,45.P2
A prova substitutiva é permitida para o aluno que perder uma das provas (P1 ou P2) por algum motivo justificado. O aluno deverá preencher
formulário disponível na secretaria do PSI quando perder uma prova.
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LIVRO TEXTO: Sedra, A.S.
and Smith, K.C. Microeletrônica.
Pearson, 2007. (tradução da 5a.
edição em inglês).
Material adicional, slides, vídeo,
listas adicionais de exercícios,
notas: Moodle : eDisciplinas
PSI3322 - ELETRÔNICA II
Uso do SOCRATIVE para
interação durante as aulas de
teoria (smartphone, tablets,
microcomputador...)
Sala: JAMARTINO
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PSI3322 - ELETRÔNICA II - (capítulos 4, 7, 8, 10)
• Funcionamento Físico de Transistores MOSFET: dedução da equação de corrente. Regiões de funcionamento. Modelos de grandes sinais (CC).• Tipos de Transistor: nMOSFET e pMOSFET• Circuitos de polarização de CC• Amplificadores MOS de pequenos sinais: mode-los, Fonte Comum, Porta Comum, Dreno Comum.• Resposta em frequência para amplificadores MOS (alta e baixa frequência)• Experimento 06 de Lab. de Eletrônica: Projeto de amplificador para pequenos sinais MOS.• Inversor CMOS: operação do circuito, estática e
dinâmica, potencia dissipada.
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PSI3322 - ELETRÔNICA II - (continuação)
• Circuitos lógicos CMOS: Portas lógicas NE, E, NOU, OU e circuitos com chave CMOS. (Experimento 07 de lab de eletrônica) • Amp. diferenciais com transistores MOS: ganho diferencial, ganho em modo comum e CMRR.• Espelhos de corrente e guias de corrente.• Experimento 08 de Lab. de Eletrônica: Projeto de Amplificador diferencial MOS• Amp. diferenciais MOS com carga ativa.• Amplificadores de múltiplos estágios CMOS• Realimentação: Propriedades, Realimentação negativa, as quatro topologias básicas.Realimentação série-paralelo: Amplificador de Tensão
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• Você vai aprender em Eletrônica II sobre o Transistor mais importante de todos os tempos ?
• O MOSFET está presente em praticamente todos os circuitos/equipamentos eletrônicos importantes da atualidade tais como computadores, smartphones, tablets...
• Forte interação entre as disciplinas de teoria (Eletronica I/II e laboratório de eletrônica I)
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Transistor NMOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect
Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)
S
D
GVDS
VGS
IDS
N+ N+
P
Porta
(G-Gate)
Dreno
(D-Drain)
Fonte
(S-Source)
Substrato
(B-Body)
Metal
Óxido
Sem.
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S
D
GVDS
VGS
IDS
N+
Metal
(condutor) Óxido de porta
(isolante)
L
W
Fonte Dreno
xoxPorta
VDS
VGS
P
Substrato
(ou Corpo)
IDS
N+
Transistor NMOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect
Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)
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Transistor - NMOSFET
Transistor projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP
Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)
Porta
(G)
Dreno
(D)Fonte
(S)
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Transistor - NMOSFETPorta
(G)
Dreno
(D)Fonte
(S)
N+ N+
P
Porta
(G-Gate)Dreno
(D-Drain)
Fonte
(S-Source)
Substrato
(B-Body)
Metal
Óxido
Sem.
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J. E. Lilienfeld:
"Method and
apparatus for
controlling electric
current" US patent
1745175 first filed in
Canada on 22nd
October 1925
Primeira Patente do FET
1925 (Teórico)
Julius Edgar Lilienfeld
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J. E. Lilienfeld:
"Method and
apparatus for
controlling electric
current" US patent
1745175 first filed in
Canada on 22nd
October 1925
Primeira Patente de
um FET (1925)
(nunca foi construído)
Julius Edgar Lilienfeld
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Metal Oxide Semiconductor (MOS) Field Effect Transistor (FET)
Primeira Fabricação de um MOSFET
(1960)
Top View
M. M. (John) Atalla and Dawon
Kahng at Bell Labs achieved the
first successful insulated-gate field-
effect transistor (MOSFET),
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Contínuo crescimento do número de componentes
por circuito integrado
Custo por componente diminui…
G.E. Moore, “Cramming more components onto integrated circuits,” Electronics Mag., vol. 38, pp. 114-117, 1965.
S. Deleonibus, “Electronics Device Architectures for the Nano-CMOS Era,” Pan Standford Publ., 2009
Lei de MOORE (Gordon Moore – Intel)
Número de transistores
em um circuito integrado
dobra a cada 2 anos
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
Enterprise - Star Trek
Jornada nas Estrelas (1966-1969)
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
Enterprise - Star Trek
Jornada nas Estrelas (1966-1969)
Joãozinho e seu jipe...
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
Martin Cooper
(1973)
Motorola–StarTAC
(1996)
James T. Kirk
(1966)
iphone 7 (2016)
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
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Smart house Smart car
Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
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Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações
Internet of Things (IOT)
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MOSFET canal N (NMOS)
N+ N+
P
Porta
DrenoFonte
Substrate
VDS
IDS
Região
Triodo
Região de
Saturação
VGS1
VGS2
VGS2>VGS1
(USP/Brasil)
S
D
GVDS
VGS
IDS
VDS=cte
IDS
VGSVTn1 V
Porta
(G)
Dreno
(D)Fonte
(S)
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N+ N+
P
Porta
DrenoFonte
Substrate
VDS=cte
IDS
VGSVTn1 V
(USP/Brasil)
S
D
GVDS
VGS
IDS
Metal
Oxido
Semic
VDS=cte
IDS
VGSVTn1 V
Porta
(G)
Dreno
(D)Fonte
(S)
MOSFET canal N (NMOS)
VDS
IDS
Região
Triodo
Região de
Saturação
VGS1
VGS2
VGS2>VGS1
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N+ N+
P
Porta
DrenoFonte
Substrate
VDS=cte
IDS
VGSVTn1 V
(USP/Brasil)
S
D
GVDS
VGS
IDS
M ++++++
O
S- - - - - -
E VDS=cte
IDS
VGSVTn1 V
Porta
(G)
Dreno
(D)Fonte
(S)
MOSFET canal N (NMOS)
VDS
IDS
Região
Triodo
Região de
Saturação
VGS1
VGS2
VGS2>VGS1
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Funcionamento Transistor MOS
Porta
Fonte Dreno
+
+
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Funcionamento Transistor MOS
+
+
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Alunos de PSI3322:
Vamos hoje entender o
funcionamento físico do MOSFET...
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Transistor NMOSFET
N N
Isolante
Metal
Porta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
Substrato (VB)
x
y
L
P
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1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na
junção Fonte-Substrato.
2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato
estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente
significativa nestes terminais.
3: A porta é isolada do substrato.
Nesta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais.
Transistor NMOSFET : Região de Corte
N N
Isolante
MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)
Substrato (VB)L
P
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1: Quando a tensão aplicada na porta (VGS) for acima da tensão de
limiar (Vt – Threshold voltage), será formada uma camada de inversão
composta de eletrons.
2: Uma região tipo N, chamada de canal de inversão, conecta as regiões
de fonte e dreno.
Nesta condição uma corrente fluirá do dreno para a fonte.
Transistor NMOSFET : VGS > Vt (tensão de limiar)
N N
Isolante
Metal
Porta (VGS )Fonte Dreno (VDS )
canal invertido
(eletrons)
Região de depleção
Substrato (V B)P
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Aplicando um pequeno valor de VDS
(comportamento resistivo)
N N
P
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N N
P
A operação
com o Aumento
de VDS
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Perfil da camada de inversão no canal do transistor
NMOS com aumento de VDS
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