aula1_-_te054_-_2013-2

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Prof. Bernardo Leite 2013-2
Transmissores e receptores de RF
I. Revisão de eletrônica básica
II. Amplificadores para pequenos sinais
III. Amplificadores realimentados
IV. Circuitos de alta frequência
V. Amplificadores de potência
VI. Osciladores
VII. Filtros
1ª Prova: 15/10/2013
2ª Prova: 5/12/2013
Exame Final: 17/12/2013
𝑀é𝑑𝑖𝑎 =
1ª Prova + 2ª Prova
2
Não haverá aula nos dias 3/9/2013 e 5/9/2013
Prof. Bernardo Leite 2013-2
NMOSD
S
G
ID
Corte VGS ≤ Vt
Triodo VGS > Vt
VDS ≤ VGS −Vt
Saturação VGS > Vt
VDS > VGS −Vt
𝐼𝐷 =
1
2
µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 ² 1 + λ𝑉𝐷𝑆
𝐼𝐷 = µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 𝑉𝐷𝑆 −
1
2
𝑉𝐷𝑆
2𝐼𝐷 = 0
NMOSD
S
G
ID
Corte VGS ≤ Vt
Triodo VGS > Vt
VDS ≤ VGS −Vt
Saturação VGS > Vt
VDS > VGS −Vt
𝐼𝐷 =
1
2
µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 ² 1 + λ𝑉𝐷𝑆
𝐼𝐷 = µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 𝑉𝐷𝑆 −
1
2
𝑉𝐷𝑆
2𝐼𝐷 = 0
NMOSD
S
G
ID
Corte VGS ≤ Vt
Triodo VGS > Vt
VDS ≤ VGS −Vt
Saturação VGS > Vt
VDS > VGS −Vt
𝐼𝐷 =
1
2
µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 ² 1 + λ𝑉𝐷𝑆
𝐼𝐷 = µ𝑛𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 𝑉𝐷𝑆 −
1
2
𝑉𝐷𝑆
2𝐼𝐷 = 0
PMOS
ID
Corte |VGS |≤ |Vt|
Triodo |VGS | > |Vt |
|VDS | ≤ |VGS |− |Vt |
Saturação |VGS |> |Vt |
|VDS |> |VGS |− |Vt |
𝐼𝐷 =
1
2
µ𝑝𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
|𝑉𝐺𝑆| − |𝑉𝑡| ² 1 + λ|𝑉𝐷𝑆|
𝐼𝐷 = µ𝑝𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
|𝑉𝐺𝑆| − |𝑉𝑡| |𝑉𝐷𝑆| −
1
2
𝑉𝐷𝑆
2
𝐼𝐷 = 0
S
D
G
| |
| |
| |
MOSFET
Saturação: Modelo equivalente para pequenos sinais em frequências médias
D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs ro
𝑔𝑚 =
2𝐼𝐷
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡
= 2µ𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝐼𝐷 𝑟𝑜 =
1
λ ∙ 𝐼𝐷
MOSFET
Saturação: Modelo equivalente para pequenos sinais em altas frequências
𝑔𝑚 =
2𝐼𝐷
𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡
= 2µ𝐶𝑜𝑥
𝑊
𝐿
𝐼𝐷 𝑟𝑜 =
1
λ ∙ 𝐼𝐷
D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs ro
Cgs
Cgd
Cds
NPN
C
E
B
IC
IE
IB
Corte Saturação
Ativo
𝑉𝐵𝐸 ≤ 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛
𝑉𝐵𝐸 > 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛
𝑉𝐵𝐸 > 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛
𝑉𝐵𝐶 ≤ 𝑉𝐵𝐶𝑜𝑛
𝑉𝐵𝐶 > 𝑉𝐵𝐶𝑜𝑛
𝐼𝐶 = 0
𝐼𝐶 = 𝐼𝑆𝑒
 
𝑉𝐵𝐸
𝑉𝑇 = β𝐼𝐵
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝑎𝑡
𝑉𝐶𝐸 > 𝑉𝐶𝐸𝑆𝑎𝑡
PNP
E
C
B
IE
IC
IB
Corte Saturação
Ativo
|𝑉𝐵𝐸| ≤ |𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛|
|𝑉𝐵𝐸| > |𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛|
|𝑉𝐵𝐸| > |𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛|
|𝑉𝐵𝐶| ≤ |𝑉𝐵𝐶𝑜𝑛|
|𝑉𝐵𝐶| > |𝑉𝐵𝐶𝑜𝑛|
𝐼𝐶 = 0
𝐼𝐶 = 𝐼𝑆𝑒
 |𝑉𝐵𝐸| 𝑉𝑇 1 +
𝑉𝐶𝐸
𝑉𝐴
= β𝐼𝐵
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝑎𝑡
|𝑉𝐶𝐸| > |𝑉𝐶𝐸𝑆𝑎𝑡|
| |
Bipolar
C
E
B
+
vbe
–
β∙ib
=
gm∙vbe
ro
𝑔𝑚 =
𝐼𝐶
𝑉𝑇
𝑟𝑜 =
𝑉𝐴
𝐼𝐶
rbe
ib
𝑟𝑏𝑒 =
𝛽
𝑔𝑚
Ativo: Modelo equivalente para pequenos sinais em frequências médias
ro
Bipolar
C
E
B
+
vbe
–
β∙ib
=
gm∙vbe
𝑔𝑚 =
𝐼𝐶
𝑉𝑇
𝑟𝑜 =
𝑉𝐴
𝐼𝐶
rbe
ib
𝑟𝑏𝑒 =
𝛽
𝑔𝑚
Cbc
Cce
Cbe
Ativo: Modelo equivalente para pequenos sinais em altas frequências
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Modelos para Amplificadores unilaterais
+
vIN
–
Avo∙vIN
Rout
Rin
+
vOUT
–
iOUT
Rm∙iIN
Rout
Rin
+
vOUT
–
iOUTiIN
+
vIN
–
Gm∙vIN
RoutRin
iOUT
+
vOUT
–
AiS∙iIN
Rout
Rin
iOUT
+
vOUT
–
iIN
Tensão Corrente
Transcondutância Transresistência
+
vIN
–
+
vIN
–
Modelos para Amplificadores unilaterais
Tensão
RSig
RL
vSig
𝐴𝑣𝑜 = 𝐺𝑚𝑅𝑜𝑢𝑡
𝐴𝑖𝑆 = 𝐺𝑚𝑅𝑖𝑛
𝐴𝑣𝑜 =
𝑅𝑜𝑢𝑡
𝑅𝑖𝑛
𝐴𝑖𝑆
Fonte Comum
D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs ro
RSig
vSig
RL
vOUT
Modelo equivalente para pequenos sinais
𝐴𝑉0 = 
𝑣𝑂𝑈𝑇
𝑣𝐼𝑁 𝑅𝐿→∞
= −𝑔𝑚 ∙ 𝑟𝑜
vSig
RSig
RL vOUT
vIN
𝐴𝑉 =
𝑣𝑂𝑈𝑇
𝑣𝑆𝑖𝑔
= −𝑔𝑚 𝑟𝑜// 𝑅𝐿
Rin Rout
𝑅𝑖𝑛 → ∞
𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟𝑜
𝐺𝑚 = 
𝑖𝑂𝑈𝑇
𝑣𝐼𝑁 𝑅𝐿→0
= −𝑔𝑚
Fonte Comum degenerada
D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs ro
vSig
RSig
RL vOUT RSig
vSig
RL
vOUT
Modelo equivalente para pequenos sinais
vIN
Rin RoutRS RS
𝐴𝑉0 = −𝑔𝑚 ∙ 𝑟𝑜
𝐴𝑉 =
−𝑔𝑚𝑟𝑜𝑅𝐿
𝑅𝐿 + 𝑟𝑜 + 𝑅𝑆 1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
𝑅𝑖𝑛 → ∞
𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟𝑜 + 𝑅𝑆 1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
𝐺𝑚 =
−𝑔𝑚𝑟𝑜
𝑟𝑜 + 𝑅𝑆 1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
Dreno Comum
D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs rovSig
RSig
vOUT
RSig
vSig vOUT
Modelo equivalente para pequenos sinais
vIN
Rin
Rout
RL
RL
𝐴𝑉0 =
𝑟𝑜
𝑟𝑜 +
1
𝑔𝑚
≈ 1
𝐴𝑉 =
𝑟𝑜// 𝑅𝐿
(𝑟𝑜// 𝑅𝐿) +
1
𝑔𝑚
𝑅𝑖𝑛 → ∞
𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟𝑜//
1
𝑔𝑚
≈
1
𝑔𝑚
𝐺𝑚 = 𝑔𝑚
Porta Comum
vSig
RL
vIN
RSig
vOUT D
S
G
+
vgs
–
gm∙vgs ro
vSig
RL
vOUT
Rin
RoutRSig
Modelo equivalente para pequenos sinais
𝐴𝑉0 = 1 + 𝑔𝑚 ∙ 𝑟𝑜
𝐴𝑉 =
𝑅𝐿(1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜)
𝑅𝐿 + 𝑟𝑜 + 𝑅𝑆𝑖𝑔 1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑟𝑜 + 𝑅𝑆𝑖𝑔 1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
𝑅𝑖𝑛 = 𝑟𝑜//
1
𝑔𝑚
+
𝑅𝐿
1 + 𝑔𝑚𝑟𝑜
𝐴𝑖 = 1
𝐺𝑚 =
1 + 𝑔𝑚 ∙ 𝑟𝑜
𝑟𝑜
Exercício
Determinar AVo, Rin e Rout para os seguintes amplificadores:
vSig
RSig
RL
vOUT
(a) Emissor comum
vSig
RSig
RL
vOUT
RS
(b) Emissor comum degenerado
vIN
vIN
Exercício
Determinar AVo, Rin e Rout para os seguintes amplificadores:
(c) Coletor comum (d) Base comum
vSig
RSig
vOUT
RL
vIN
vSig
RL
vOUT
RSig
vIN