Lista SPICE 1 F

Prévia do material em texto

EE640 - Lista SPICE 1 - 06/10/2017 
 
Guilherme de Oliveira Custódio RA:155601 
Natali Versiani Caldeira Gonçalves RA:148873 
 
Os exercícios foram feitos com o RA 155601, pois é o maior entre os dois. 
 
1) Simulação SPICE de um transistor NMOS (modelo MbreakN-X) 
 
O circuito foi montado conforme figura abaixo: 
 
 Figura 1 - Esquemático do Exercício 1 
 
 
a) Os valores de 𝑉𝐷𝑆𝑀𝐴𝑋 e 𝑉𝐺𝑆𝑀𝐴𝑋 para esse exercício são 5𝑉 e 6𝑉, respectivamente. A curva 𝐼𝐷𝑆 x 
𝑉𝐷𝑆 obtida ao parametrizar por 𝑉𝐺𝑆 foi: 
 
 
Figura 2 – Curva 𝐼𝐷𝑆 x 𝑉𝐷𝑆 
 
O valor máximo de 𝐼𝐷𝑆 pode ser visto no gráfico como aproximadamente 290𝜇𝐴. 
 
b) O 𝑉𝐷𝑆 utilizado nessa simulação foi 0,5𝑉. A curva 𝐼𝐷𝑆X𝑉𝐺𝑆 obtida foi: 
 
Figura 3 – Curva 𝐼𝐷𝑆 x 𝑉𝐷𝑆. 𝑉𝐷𝑆 = 0.5𝑉. 
 
Sabendo que 𝐼𝐷 = 1𝑢𝐴 pode-se encontrar o valor de Vt, tem-se que 𝑉𝑡 = 2,033𝑉 V. 
 
c) A curva derivada resultante do gráfico do item b foi obtida no PSPICE (curva em vermelho): 
 
Figura 4 – Curva 𝐼𝐷𝑆X𝑉𝐺𝑆 (verde) e sua derivada (vermelha) 
 
 
O valor máximo de 𝑔𝑚 é dado por 𝑔𝑚𝑚á𝑥 = 
𝜕𝑖𝐷
𝜕𝑉𝐺𝑆
= 21, 687 𝜇𝐴/𝑉. 
 
 
2) Simulação SPICE de um amplificador porta comum a partir do seu modelo 
de pequenos sinais. 
 
 
Neste exercício, o valor de 
𝑊
𝐿
 utilizado foi 70 (W=70u e L=1u) e foi utilizado para o cálculo da 
corrente de dreno, resultando em 𝐼𝐷 = 2.24𝑚𝐴. A partir deste valor, obteve-se um 𝑟𝑒 (i.e., 
1
𝑔𝑚
 ) de 
5.6𝑚𝐴/𝑉 a partir da equação 
1
𝑔𝑚
= 
𝑣𝑜𝑣
2𝐼𝐷
. O circuito foi montado conforme figura abaixo: 
 
 
Figura 5 - Esquemático do Exercício 2 
 
A resposta em frequência do amplificador foi obtida no PSPICE analisando os diagramas de 
Bode de módulo e fase apresentados na Figura 6 em azul e verde, respectivamente. 
 
 
Figura 6 – Resposta em Frequência. Módulo (superior) e fase (inferior) 
As frequências foram obtidas procurando o ponto no qual o módulo atingia o valor de -3 dB do 
ganho DC. Além disso, outra aproximação que foi realizada é verificar no diagrama de fase os 
pontos em que a fase era -45º ou -135º (aproximação utilizada baseando-se na constante de 
amortecimento 𝜉). Assim como esperado, as frequências obtidas a partir da simulação do modelo 
de pequenos sinais são as mesmas obtidas na teoria (por meio dos polos da função de 
transferência do circuito), 
 
𝐹𝑐1 = 198,94𝑘𝐻𝑧 
 
𝐹𝑐2 = 36,923𝑀𝐻𝑧 
 
 
É interessante observar que o PSPICE plota a curva a partir de um número limitado de pontos, 
valor que pode ser alterado antes da simulação. Com isso, o ponto exato para a determinação das 
frequências nem sempre existe. 
 
3) Simulação SPICE de um amplificador 
 
O circuito abaixo foi montado no OrCAD conforme figura abaixo: 
 
 
Figura 7 - Esquemático do Exercício 3 
 
 
a) O valor de 𝑉𝐺𝑆 é 9,091 𝑚𝑉 e o valor de 𝑉𝐷𝑆 é 6,596𝑉 (valores fornecidos pelo próprio software 
nas ferramentas de medição). Como 𝑉𝐷𝑆 > 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 e 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑡, pode-se afirmar que o transistor 
está na saturação. 
b) As frequências de corte superior e inferior podem ser vistas na Figura 8 e na Figura 9 (destacadas 
em amarelo) e são 𝑓𝑖𝑛𝑓 = 67𝑘𝐻𝑧 e 𝑓𝑠𝑢𝑝 = 55,055𝑀𝐻𝑧. Devido ao valor de 𝑅𝐷, os polos 
referentes às capacitâncias intrínsecas do MOSFET ficaram próximos entre si, explicando 
o motivo do lado direito da curva (em torno de 100 MHz) cair mais de 20 dB/déc. 
 
 
 
Figura 8 – Resposta em Frequência – Curva de módulo evidenciando a frequência de corte inferior. 
 
 
Figura 9 – Resposta em Frequência – Curva de módulo evidenciando a frequência de corte superior. 
 
 
 
 
c) O consumo de potência total do circuito é 3,103mW, o que pode ser visto na função de 
medidor/wattímetro do próprio OrCAD: 
 
 
Figura 10 - Esquemático do Exercício 3, evidenciando as potências medidas 
 
 
d) O ganho máximo obtido foi 𝐴𝑣 = 15,5𝑉/𝑉 para uma frequência de 10MHz (região na qual o módulo 
é constante) com 𝑣𝑜 = 1,5095𝑉 e 𝑣𝑖 = 97,362𝑚𝑉. A medida está explicitada na Figura 11. 
 
Figura 11 – Ganho obtido (na frequência) e valores evidenciados.