Amplificador JFET Banda-Larga

Prévia do material em texto

Disciplina: Eletrônica Analógica 3 
Professor: Profº Engº Victor Vermehren Valenzuela, D.Sc. 
Aluno: Frank Oliveira Almeida Junior 
“PROJETO – AMPLIFICADOR JFET BANDA LARGA” 
 
VDD = 65 V, IDQ = 9 mA, R1 = 4MΩ, R2 = 1M Ω, RS = 3,3k Ω, RD = 6 kΩ. 
 
1) Cálculo do valor de RL. 
 
➢ Temos que para uma corrente de 9mA, a transcondutância gm será igual 
a 4,7(mS), de acordo com o gráfico apresentado anteriormente. 
 
 
 
 
𝑅𝑑 = 
1
40𝜇𝐴
 
𝑅𝑑 = 25𝑘Ω 
 
|𝐴𝑉| = −𝑔𝑚𝑥
(𝑅𝑑//𝑅𝐷)𝑥𝑅𝐿
(𝑅𝑑//𝑅𝐷) + 𝑅𝐿
 
 
−12 = −0,0047𝑥
(25𝑘// 1,65𝑘)𝑥𝑅𝐿
(25𝑘// 1,65𝑘) + 𝑅𝐿
 
 
−12 = −0,0047𝑥
(1.547,84)𝑥𝑅𝐿
(1.547,84) + 𝑅𝐿
 
 
2553,19 = 
(1.851,85)𝑥𝑅𝐿
(1.851,85) + 𝑅𝐿
 
 
1.547,84𝑅𝐿 = 3.951𝑥10
6 + 2553,19𝑅𝐿 
𝑅𝐿 = 
3.951𝑥106
1005,35
 
 
𝑅𝐿 = 3,93𝑘Ω 
𝑅𝐿 = 4𝑘Ω (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙) 
𝑅𝐿 = 25𝑘Ω (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜) 
 
 
2) Calculo de C1. 
 
𝐶1 = 
1
2𝜋𝑥150(50 + 3,6𝑀//1𝑀)
 
𝐶1 = 
1
942,47 (782,658)
 
𝐶1 = 
1
737.631.685,3
 
𝐶1 = 1,35𝑛𝐹 
𝐶1 = 1,3𝑛𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙) 
𝐶1 = 1,6𝑛𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜) 
 
3) Cálculo de C2. 
𝐶2 = 
1
2𝜋𝑥
150
10
(25𝑘//2𝑘 + 45,3𝑘)
 
𝐶2 = 
1
94,24 (1556,63 + 3,93𝑘)
 
𝐶2 = 
1
94,24 (5.486,63)
 
𝐶2 = 
1
517.060,01
 
𝐶2 = 1,93𝑢𝐹 
𝐶2 = 2𝑢𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙) 
 
4) Cálculo de Cs. 
𝐶𝑠 = 
1
2𝜋
150
10
 [1.65𝑘//(1.65𝑘//3.93𝑘 + 25𝑘)]
 
𝐶𝑠 = 
1
94,24 [1.65𝑘//(1162,09 + 25𝑘)]
 
𝐶𝑠 = 
1
94,24 [1.65𝑘//(26.162,09)]
 
𝐶𝑠 = 
1
94,24 [1552,11]
 
𝐶𝑠 = 
1
146.270,84
 
𝐶𝑠 = 6,83𝜇𝐹 
𝐶𝑠 = 6,8𝜇𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙) 
 
1) Cálculo do CL. 
𝐶𝐿 = 
1
2𝜋 𝑥 1,5𝑀𝐻𝑧 𝑥 25𝑘 
 
𝐶𝐿 = 
1
2𝜋 𝑥 3,75𝑥1010
 
𝐶𝐿 = 4,25𝑝𝐹 
𝐶𝐿 = 6,2𝑝𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙) 
𝐶𝐿 = 27𝑝𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜) 
𝐶𝐿2 = 2𝑝𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜) 
𝐶𝐿 = 29𝑝𝐹(𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜) 
 
2) Cálculo da Frequência de Corte antes de CL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Temos que para encontrarmos a frequência de corte superior antes do Capacitor de corte CL, 
devemos utilizar a análise do efeito de Miller. 
 
Temos que para a tensão VGS igual a -2.59(V), teremos uma capacitância de entrada (Cis) e 
capacitância de transferência reversa (Crs) igual a 3,4pF e 1,09pF, respectivamente. E a partir 
 
disto podemos calcular as capacitâncias parasitas entre GATE-SOURCE (Cgs) e GATE-
DRAIN (Cgd). 
 
𝐶𝑟𝑠 = 𝐶𝑔𝑑 = 1,09𝑝𝐹 
 
𝐶𝑔𝑠 = 𝐶𝑖𝑠 − 𝐶𝑔𝑑 
𝐶𝑔𝑠 = 3,4𝑝𝐹 − 1,09𝑝𝐹 
𝐶𝑔𝑠 = 2,31𝑝𝐹 
 
A partir daqui podemos calcular a capacitância de Miller com a fórmula abaixo: 
 
𝐶𝑀 = 𝐶𝑔𝑑[ 1 + 𝑔𝑚(𝑟𝑑//𝑅𝐷)] 
 
𝐶𝑀 = 1,09𝑝𝐹 𝑥[ 1 + 0,0047𝑥(25𝑘//6𝑘)] 
 
𝐶𝑀 = 25,8𝑝𝐹 
 
3) Cálculo de FH. 
 
𝑓𝐻 = 
1
2𝜋 𝑥 𝑟𝑖 𝑥 (𝐶𝑔𝑠 + 𝐶𝑀)
 
 
 
𝑓𝐻 = 
1
2𝜋 𝑥 50 𝑥 (2,31𝑝𝐹 + 25,8𝑝𝐹)
 
 
 
𝑓𝐻 = 
1
314,15 𝑥 (1,132𝑥10−11)
 
 
𝑓𝐻 = 
1
8,855𝑥10−9
 
𝑓𝐻 = 112,930𝑀𝐻𝑧 
 
4) Tabela de Valores Calculados e Ajustados. 
 
 
Componentes VDD R1 R2 RD RS Rg C1 C2 CS CL 
Calculado 60(V) 3,615MΩ 1MΩ 1,66kΩ 1,66kΩ 50Ω 1,3556nF 1,9340uF 6,8366uF 4,25pF 
Comercial X 3,6MΩ 1MΩ 1,65kΩ 1,65kΩ X 1,4nF 2uF 6,8uF 
Ajustado 65(V) 4MΩ 1MΩ 6kΩ 3.3kΩ 50Ω 1,6nF 2uF 6,8uF 29pF 
 
 
5) Frequências de Corte Inferior. 
 
 
 
Para verificarmos a resposta em frequência do amplificador JFET, podemos com a 
ajuda de um osciloscópio verificar a tensão de pico do sinal amplificado, como a 
imagem acima nos mostra, um valor de 1,199(V), e partir da razão 
𝑉𝑝
√2
, obtemos o ganho 
Av em função da frequência de corte. 
1,199
√2
= 847,821(𝑚𝑉) 
 
 
Inserindo no gerador de funções a frequência de corte especificada, temos que o Av(f) = 
847,821(mV) está próximo ao ganho de -3db ou 0,707Vp anteriormente calculado, com 
um erro percentual igual a +4,30%. 
 
 
6) Frequência de Corte Superior sem CL. 
 
 
Para verificarmos a resposta em frequência Superior do amplificador JFET, podemos 
com a ajuda de um osciloscópio verificar a tensão de pico do sinal amplificado, após a 
 
remoção do capacitor CL, como a imagem acima nos mostra, um valor de 1,335(V), e 
partir da razão 
𝑉𝑝
√2
, obtemos o ganho Av em função da frequência de corte. 
 
1,335
√2
= 943,987(𝑚𝑉) 
 
 
Inserindo no gerador de funções a frequência de corte especificada, temos que o Av(f) = 
944,645(mV) está próximo ao ganho de -3db ou 0,707Vp anteriormente calculado, com 
um erro percentual igual a +0,069%. 
 
Temos que a Frequência de corte superior sem CL, será igual a 83,64MHz 
para uma queda no ganho em 3dB. 
 
𝑓𝐻𝑐𝑙(𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜) = 83,64𝑀𝐻𝑧 
𝑓𝐻𝑐𝑙(𝐶𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜) = 112,93𝑀𝐻𝑧 
 
 
 
 
7) Frequência de Corte Superior com CL (Bode Plotter).