423934817-Eletronica-Analogica-II-CAPITULO1

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ELETRÔNICA ANALÓGICA II
FEEB / ITEC / UFPA
CAPÍTULO 01
MÚLTIPLOS ESTÁGIOS E CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS 
Amplificador Cascode, Espelhos e fontes de corrente, Amplificadores diferenciais e de
Múltiplos Estágios.
ELETRÔNICA ANALÓGICA II
FEEB / ITEC / UFPA
MÚLTIPLOS ESTÁGIOS E CONFIGURAÇÕES COMPOSTAS
Múltiplos Estágios, amplificadores diferenciais, espelhos de corrente.
Amplificador Cascode, Espelhos e fontes de corrente, Amplificadores diferenciais e de
Múltiplos Estágios.
• Cascode como fonte de corrente. Amplificador cascode.
• Espelhos e fontes de corrente.
• Amplificadores diferenciais. Considerações gerais.
• Operação com grandes sinais do amplificador diferencial – Par bipolar
• Operação com pequenos sinais do amplificador diferencial – Par bipolar
• O par diferencial MOS. Operação com grandes sinais. Operação com pequenos sinais.
• Amplificador diferencial cascode. Carga ativa. Rejeição em modo comum.
• Considerações sobre múltiplos estágios de amplificadores e configurações compostas
por mais de um transistor.
• Teste 1
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ESTÁGIO CASCODE
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Exercício
• Determine a impedância de saída dos circuitos abaixo, com e sem o resistor de
degeneração.
(a) (b)
vB vG
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Solução para o item “a” com o resistor de degeneração
Determinação de Rout para o circuito com o resistor de degeneração (RE):
0
Verifica‐se que RE está em paralelo com rπ, logo o circuito pode ser redesenhado:
· ∥ · (I)
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continuação
· ∥ · (I)
∥ · · 1 ∥ (II)
Substituindo (II) em (I) :
· · 1 ∥ ∥ ·
1 ∥ · ∥Então,
1 ∥ou
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VGVB
Resposta
Exercício
COMPARAÇÃO
Com RE:
Sem RE:
COMPARAÇÃO
Com RS:
Sem RS:
1 ∥ + ∥
1 ∥
1 +
1
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Fonte de corrente 
degenerada
• Deseja‐se que uma fonte de corrente tenha uma alta resistência de saída. Será que a 
solução com o resistor de degeneração seria uma boa fonte de corrente?
RE vE vCE
Diminui‐se a excursão do sinal e o transistor pode 
operar na saturação.
iE vE vCE
iC
• Como  “consumir um vão livre” independente da corrente?
Na saturação a resistência de saída do TBJ diminui.
Fonte de corrente
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Fonte de corrente cascode com TBJ
Uma solução ao caso anterior é inserir um transistor no emissor de Q1, ao invés de RE. Esse
transistor (Q2) tem uma alta resistência de pequenos sinais (ro2).
Fonte de 
corrente 
degenerada
Q1: transistor cascode.
Q2: transistor de degeneração.
Uma conexão cascode tem um transistor sobre (em série com) o outro.
A palavra "cascode" é uma contração da frase “em cascata para o catodo".
Outra 
solução:
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Cascode com TBJ (Cascode “bipolar”)
Determinação de Rout:
Maior resistência de saída que um cascode bipolar 
pode alcançar.
Caso  ≫ :
1 ∥
	,	 	
	,	 	
	 ∥
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Exemplo
• Determine a resistência de saída do circuito abaixo e compare com a resistência de saída
de um simples estágio emissor comum sem degeneração. Considere que Q1 e Q2 são
polarizados com uma corrente de coletor de 1 mA e que os transistores são idênticos,
possuindo β=100 e VA= 5 V.
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A resistência de saída de Q1 sem degeneração é igual a 5 kΩ ( / , portanto, o uso 
da configuração cascode aumentou Rout por um fator de 65,79.
328,95	 Ω
Sabendo que:
Logo,
Exemplo
Solução:
e
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Exemplo
• Deseja‐se aumentar a resistência de saída do circuito cascode por um fator de 2, por
meio de um resistor degenerativo no emissor. Verifique a possibilidade.
‐ Na prática é, em geral, menor que ro2, de modo que não existirá um valor positivo para
Rout !
‐ Ou seja, é impossível dobrar a impedância de saída do cascode por meio de degeneração
do emissor.
Solução:
= 2.
1 ∥
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CASCODE MOS
Determinação de Rout:
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Exemplo
• Durante a fabricação de um cascode NMOS, um grande resistor parasita apareceu no
cascode, conforme ilustrado na figura abaixo. Determine a resistência de saída.
Se ∥ não for muito maior que a unidade, retorna‐se a equação original e
substitui‐se por ∥ :
Solução:
~
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Revisão sobre abordagem 
de sistemas:
CASCODE COMO AMPLIFICADOR
ABORDAGEM 
DE SISTEMAS
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Exemplo
Comente sobre uma metodologia para medição da impedância de entrada, impedância de
saída e ganho de tensão do circuito amplificador abaixo.
+Vcc
‐Vcc
entrada
saída
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, ·
Um método para calcular o ganho de tensão do amplificador:
Transcondutância: representa a capacidade do circuito em converter uma tensão de
entrada em uma corrente.
A transcondutância de curto‐circuito é definida como:
ut
ut
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Estágio 
base 
comum
Estágio 
emissor 
comum
Amplificador Cascode com TBJ
Fonte de corrente c.c. ideal
Exercício:
• Determine o ganho de tensão do circuito amplificador da figura acima.
Em um amplificador cascode (nome herdado dos circuitos com válvulas) um transistor em
emissor comum (EC) aciona um transistor em base comum (BC).
Os amplificadores cascode podem ser utilizados para melhorar o rendimento de circuitos 
analógicos e para eliminar os efeitos capacitivos que são gerados em altas frequências.
, ·
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Determinação de Av:
Como Q1 e Q2 conduzem aproximadamente a mesma corrente de polarização e
considerando que possuem o mesmo valor de VA.
Resposta:
Exercício
NL
NL
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Exemplo
• Os circuitos da figura abaixo são polarizados em uma corrente de coletor de 1 mA. Se
VA= 5 V e β = 100 para os TBJ dos circuitos, determine o ganho de tensão para cada
circuito. Suponha que a carga seja uma fonte de corrente ideal para ambos os circuitos.
Solução:
(a) Estágio emissor comum
(b) Cascode bipolar 
Para o circuito da figura (a):
1
26
· 5 · 10 192, 308	 /
·
·
NL
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Portanto, a configuração cascode aumentou o ganho de tensão por um fator de 65,8.
Para o circuito da figura (b):
Exemplo
12.654			 /
65,8
NL
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Quando não se tem uma fonte de corrente ideal como carga, uma fonte de corrente real
reduz a impedância vista no nó de saída e, por conseguinte, o ganho de tensão.
O circuito abaixo seria uma boa solução?
Neste caso a impedância de saída diminui.Cascode apresentando como carga
uma fonte de corrente com estágio TBJ
simples.
Cascode com fonte de corrente de carga
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Cascode com fonte de corrente de carga
 Como implementar a fonte de corrente de carga para manter o ganho elevado?
 Sabe‐se que a configuração cascode aumenta a impedância de saída de fontes de
corrente, logo, pode‐se propor o circuito:
Cascode apresentando como carga
uma fonte de corrente cascode para
aumentar o ganho de tensão.
cascode pnp
cascode npn
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Se os transistores forem casados:
Ou seja, a metade do valor comparado ao caso com carga sendo uma fonte de corrente
ideal.
·
∥
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Cascode com fonte de corrente de carga
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Amplificador Cascode MOS
Amplificador cascode MOS. Realização da carga por um 
cascode PMOS.
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Exemplo
• Calcular o ganho de tensão do circuito abaixo e compare com o ganho de tensão de um
simples estágio fonte comum.
O ganho de tensão aumentou por um fator  ·
Solução:
,NL
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Incorporando uma fonte de corrente cascodePMOS para manter um ganho de tensão
elevado ao amplificador MOS:
Amplificador Cascode MOS
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ESPELHOS E FONTES DE CORRENTE
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ESPELHOS E FONTES DE CORRENTE
• Espelhos de corrente são usados como fontes de corrente para polarização e cargas ativas 
no projeto de CIs.
‐ O objetivo de usar uma fonte de corrente na polarização é estabelecer uma corrente
quiescente fixa, IC, e consequentemente fixar uma tensão de polarização VCE, em um
outro transistor usado como amplificador. Este objetivo é alcançado usando‐se o
espelho de corrente.
‐ Aumentam o ganho de tensão e a CMRR de amplificadores diferenciais.
• As fontes e espelhos de correntes são bastante usadas em circuitos integrados analógicos.
• Buscar um circuito para evitar dependência em
relação à:
‐ Variação na alimentação.
‐ Variação na temperatura.
cópia
Espelho de 
corrente
• Copiar (ou espelhar) esta corrente estável para o
restante do circuito.
Polarização de Circuitos Integrados
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cópia
Espelho de 
corrente
cópia
Espelhos de corrente
Deseja‐se que  ó
Logo, ·
Busca‐se um circuito onde a tensão de saída (VX) seja 
igual ao logarítmico natural da entrada.
Esta é uma função inversa da característica de um TBJ: 
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Diodo de compensação
Espelhos de corrente
·
Um dispositivo conectado como diodo satisfaz a equação
Exemplo:
Isto é: ·
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Espelhos de corrente
QREF atua como um transdutor de corrente (IREF) para tensão (VX) na forma logarítmica.
Utilizando um transistor conectado como diodo:
Desprezando  , , tem‐se que  ,
·
,
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As técnicas de espelho de corrente podem ser usadas em circuitos discretos. Porém, para
obter um bom espelho de corrente é necessário que os transistores sejam casados, o que
torna esta alternativa menos prática nos circuitos discretos.
cópia
Q1 copia ou espelha a corrente que flui por QREF.
Espelhos de corrente bipolar (com TBJ)
Que se reduz a ó se QREF e Q1 forem idênticos. Isto é válido mesmo que VT e IS
variem com a temperatura, pois “o circuito consegue copiar a corrente de referência”.
ó
,
· ó
,
Á 	 	 	 	
Á 	 	 	 	
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≡
Várias cópias de uma corrente de referência:
Espelhos de corrente
Por causa do uso extensivo dos espelhos de corrente nos CIs, algumas vezes é usada uma
convenção diferente nos diagramas para mostrar que os terminais das bases dos transistores
estão conectados juntos.
 Como fazer cópias adicionais de IREF para alimentar diferentes partes de um circuito
integrado?
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Combinação de correntes de saída para gerar cópias maiores.
 Como pode‐se obter diferentes valores para essas cópias?
Exemplo
Se Q1, Q2 e Q3 são idênticos a QREF, então produz‐se Icópia = 3.IREF.
Espelhos de corrente
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 Como pode‐se criar frações de IREF?
Espelhos de corrente
cópia
Transistores em paralelo
Exemplo
Ou poderia utilizar um transistor de referência (QREF ) com área de emissor três vezes maior que Q1.
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Transistores com área de emissor diferentes
Exemplo
• A partir de uma corrente de referência de 200 µA, deseja‐se gerar uma corrente de 50 µA
e outra de 500 µA. Projete o circuito do espelho de corrente.
Possível solução: