Aula_07_Amplificador_Darlington_e_de_FET

Prévia do material em texto

Amplificadores Darlington e FET
LOM3218 - Eletrônica
Amplificador Darlington
Amplificador Darlington contêm dois transistores bipolares NPN ou PNP conectados de forma que o ganho de corrente total seja o produto do ganho de cada transistor individual:
Aplicação do amplificador Darlington
A base do transistor Darlington é suficientemente sensível para responder a um pequeno sinal de corrente de uma chave ou diretamente de um sinal lógico TTL 5V ou CMOS 3,3V.
A corrente de coletor máxima Ic(max) para qualquer par Darlington é o mesmo para um transistor de chaveamento que pode operar relê, motor cc, solenoides e lâmpadas.
Transistor JFET
O transistor JFET é um transistor unipolar disponível em configurações Canal N ou Canal P.
No transistor bipolar observamos que a corrente de coletor é proporcional à corrente de base, tornando o circuito amplificador operado por CORRENTE.
O FET entretanto usa a tensão aplicada ao terminal GATE para controlar a corrente que flui através dos terminais SOURCE e DRENO. Como a sua operação se baseia no campo elétrico gerado no terminal GATE torna o circuito amplificador FET um dispositivo operado por TENSÃO.
A corrente de dreno está situada entre zero (pinch-off) e IDSS(corrente máxima). Conhecendo-se a corrente de dreno ID e a tensão Dreno-Fonte VDS a resistência do canal (RDS ) é dada por:
Transistor JFET
Corrente de dreno na região ativa:
gm é o ganho de transcondutância pois o JFET é um dispositivo controlado por tensão e que representa a taxa de variação da corrente de dreno em função da variação na tensão Gate-Fonte VDS.
Circuitos de polarização de JFET
Fonte Comum (CS) 
Na configuração Fonte Comum (semelhante ao emissor comum no BJT), a tensão de entrada é aplicada ao Gate e a saída é medida no Dreno. Este é o modo de operação mais comum do JFET, devido à elevada impedância de entrada e a boa amplificação de tensão.
O modo CS é geralmente empregado em amplificadores de audiofrequência e em estágios de pré-amplificação de alta impedância de entrada. Sendo um circuito amplificador, o sinal de saída está defasado 180o “em relação à entrada.
Circuitos de polarização de JFET
Gate Comum (CG) 
Na configuração Gate Comum (similar à Base Comum no BJT), a tensão de entrada é aplicada no terminal Fonte e a saída é retirada pelo terminal Dreno com o Gate conectado diretamente ao terra (Ground, 0 V). Esta configuração possui baixa impedância de entrada e alta impedância de saída.
Esta configuração de FET pode ser usada em circuitos de alta frequência ou circuitos de casamento de impedância. A saída está em fase com a saída.
Circuitos de polarização de JFET
Dreno Comum (CD) 
A configuração Dreno Comum ou Seguidor da Fonte possui alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e ganho de tensão quase-unitário. Por isso é comumente utilizado em amplificadores buffer. O ganho de tensão da configuração Seguidor da Fonte é menor que 1 e o sinal de saída está em fase com o sinal de entrada.
Amplificador JFET
De maneira análoga ao transistor bipolar, o JFET pode ser usado em circuitos amplificadores classe A com o circuito Fonte Comum (CS) sendo similar ao circuito BJT emissor comum. 
A principal vantagem de amplificadores JFET em relação à amplificadores BJT é sua alta impedância de entrada que é controlada pela rede resistiva de polarização do Gate formada por R1 e R2, mostrado na Figura ao lado.
Amplificador JFET
O amplificador CS é polarizado de acordo com o modo classe “A” pela rede divisora de tensão formada pelos resistores R1 e R2. A tensão no resistor Fonte RS é ajustado em um quarto de VDD, (VDD /4) ou qualquer valor razoável.
A tensão do Gate pode ser calculado do valor de RS. Como a corrente de Gate é zero, (IG = 0) se pode ajustar a tensão quiescente cc pela escolha adequada dos resistores R1 e R2.
O controle da corrente do Dreno por um potencial negativo de Gate torna o JFET útil como chave e é essencial que a tensão do Gate nunca seja positive para um JFET Canal N pois a corrente no canal irá para o Gate e não para o Dreno resultando na destruição do transistor.
Transistor MOSFET
O MOSFET é um transistor que funciona como um JFET (controlado por tensão), mas tem o terminal Gate eletricamente isolado do canal condutivo por uma camada fina de SiO2. Esta camada ultrafina isolante atua como o eletrodo de um capacitor, fazendo com que a resistência de entrada do MOSFET seja extremamente alta (da ordem de Mega-ohm).
A principal diferença entre o JFET e o MOSFET é a disponibilidade de dois modos de polarização deste último:
• Modo Depleção – o transistor opera com a tensão Gate-Fonte, VGS no modo desligado (“OFF”).
• Modo Enriquecimento – o transistor requer a tensão Gate-Fonte, VGS no modo ligado (“ON”).
Transistor MOSFET
Os quatro simbolos MOSFET mostrados anteriormente apresentam um terminal adicional chamado Substrato que normalmente não é usado nem como terminal de entrada nem de saída, mas usado para aterrar o terminal Substrato. Ele conecta o canal condutivo por meio de uma junção diodo ao corpo metálico do MOSFET.
Normalmente em MOSFET discreto, o terminal Substrato é conectado internamente ao terminal Fonte. Neste caso, como em MOSFET modo enriquecimento, o Substrato é omitido do símbolo elétrico.
A linha que conecta o Dreno (D) e o Fonte (S) representa o canal condutivo do transistor. Se esta linha for contínua, ela representa o modo depleção ON pois a corrente de dreno pode fluir com potencial de Gate zero.
Se a linha do canal for pontilhada ou tracejada, então ela representa o modo enriquecimento OFF, pois uma corrente de dreno nula flui sob potencial de Gate nulo. A direção da seta apontando ao canal indica se o canal condutivo é tipo N ou tipo P.
Transistor MOSFET: modo Depleção
O MOSFET modo depleção, que é menos comum que o modo enriquecimento está normalmente ligado (ON), ou seja, conduzindo sem aplicação da tensão de polarização do Gate (VGS = 0) tornando-o um dispositivo normalmente fechado. O símbolo do transistor mostrado acima usa linha continua para representar um canal condutivo.
Transistor MOSFET: modo Enriquecimento
MOSFET modo enriquecimento produzem excelentes chaves eletrônicas devido à sua baixa resistência “ON” e extremamente elevada resistência “OFF”, bem como praticamente infinita impedância de entrada. MOSFETs modo enriquecimento são usados em CI lógicos CMOS e circuitos de chaveamento de potência PMOS (Canal P) e NMOS (Canal N). 
Amplificador MOSFET: modo Enriquecimento
Tal como os JFET, os MOSFETs podem ser usados para criar amplificadores classe A com MOSFET Canal N Fonte Comum. Amplificadores MOSFET modo Depleção são semelhantes aos amplificadores JFET, exceto pelo fato que o MOSFET possui uma impedância de entrada muito maior.
Esta elevada impedância de entrada é controlada pela rede resistiva formada pelos resistores R1 e R2. 
O sinal de saída do amplificador MOSFET modo enriquecimento também é invertido porque quando a tensão VG é baixa, o transistor está desligado (“OFF”) e VD (Vout) é alto. Quando VG é alto, o transistor está ligado (“ON”) e VD (Vout) é baixo.
Acionamento de motor por CMOSFET
Dois MOSFETs podem ser configurados para produzir uma chave bidirectional a partir de uma fonte de alimentação dupla com o motor conectado entre uma conexão Dreno Comum e o terra de referência. 
Quando a entrada é LOW o PMOSFET é ligado na medida em que a junção Gate-Fonte é polarizado reversamente, de modo que o motor gira em um sentido.
Apenas a tensão positiva +VDD quando a fonte é usada para acionar o motor.
Quando a entrada é HIGH, o dispositivo Canal P desliga e o dispositivo Canal N liga pois a tensão de polarização do Gate é positiva. O motor gira em sentido contrário porque a tensão no terminal é fornecida pela tensão negativa -VDD.
O PMOSFET é usado para chavear a fonte positiva para girar o motor num sentido enquanto que o NMOSFET é usado para reverter o sentido de rotação do motor.
Amplificador MOSFET
	MOSFET type	VGS = +ve	VGS = 0	VGS = -ve
	N-Channel Depletion	ONON	OFF
	N-Channel Enhancement	ON	OFF	OFF
	P-Channel Depletion	OFF	ON	ON
	P-Channel Enhancement	OFF	OFF	ON
Diferença de polarização de JFET e MOSFET
	Tipo	JFET		MOSFET			
		Modo Depleção		Modo Depleção		Modo Enriquecimento	
	Polarização	ON	OFF	ON	OFF	ON	OFF
	Canal N	0V	-ve	0V	-ve	+ve	0V
	Canal P	0V	+ve	0V	+ve	-ve	0V
Diferenças entre BJT e FET
		Field Effect Transistor (FET)	Bipolar Junction Transistor (BJT)
	1	Baixo ganho de tensão	Alto ganho de tensão
	2	Alto ganho de corrente	Baixo ganho de corrente
	3	Altíssima impedância de entrada	Baixa impedância de entrada
	4	Elevada impedância de saída	Baixa impedância de saída
	5	Baixa geração de ruído	Média geração de ruído
	6	Tempo de chaveamento rápido	Médio tempo de chaveamento
	7	Facilmente danificado por eletricidade estática	Robusto
	8	Requer uma entrada para desligar	Não requer sinal para desligar
	9	Dispositivo controlado por tensão	Dispositivo controlado por corrente
	10	Exibe propriedades de resistor	 
	11	Mais caro que bipolar	Barato
	12	Difícil polarização	Fácil polarização