SEL314 - P2 - 2007

Prévia do material em texto

1 - SEL314 P. R. Veronese 
SEL314 – Circuitos Eletrônicos II 
2a Prova – 2007 
 
1a Questão: Para o circuito da Figura 1, calcular: 
a.) O ponto quiescente. 
b.) As grandezas elétricas para pequenos sinais e baixas freqüências: Aυ, Ri e Ro. 
c.) A resposta em freqüências do circuito. 
d.) A máxima excursão do sinal de saída. 
 
Sabe-se que os parâmetros de modelagem de M1 e de M2 valem, respectivamente: 
KP = 36,9201233132 µA/V2; VTO =-0,90 V e λ = 0,0167 V-1 e 
KP = 119,987756351 µA/V2; VTO =0,80 V e λ = 0,0125 V-1. 
 
 
Figura 1 – Amplificador Usado na Questão 1. 
 
Resolução: 
 
a.) Ponto quiescente: 
 
Equacionando-se o circuito da Figura 1, tem-se que: 
 
2 - SEL314 P. R. Veronese 
( ) ( )[ ]oDp VI −×+××××= 5,20167,010,9-2,5 13236,92012331
364
2
1 2µ 
e 
( ) ( )[ ]oDn VI +×+××××= 5,20125,010,8-2,5 351119,9877561
100
2
1 2µ 
 
Como IDn = |IDp| ⇒ 
Vo = 79,2651 mV 
⇒
 
IDn = |IDp| = 17,89723 mA 
⇒
 
VDSp = -2,421 V ; VGSp = -2,5 V ; VDSn = 2,579 V e VGSn = 2,5 V 
 
Então: 
481,3
89723,170167,0
421,20167,01
=
×
×+
=
m
rdsp [kΩ] 
 
614,4
89723,170125,0
579,20125,01
=
×
×+
=
m
rdsn [kΩ] 
e 
( ) ( ) 056,21579,20125,010,8-2,5 351119,987756100 =×+×××= µmng [mA/V] 
 
b.) Grandezas elétricas: 
 
614,4481,3
614,4481,3056,21
+
×
×−=
+
×
×−=
k
m
rr
rr
gA
dsndsp
dsndsp
mnυ 
⇒
 
Aυ = -41,78 V/V 
 
614,4481,3
614,4481,3
+
×
=
+
×
=
k
rr
rr
R
dsndsp
dsndsp
o 
⇒
 
Ro = 1,984 kΩ 
e 
Ri = 10 kΩ 
 
c.) Resposta em freqüências: 
 
41,19
108202
1
=
×
=
kn
fCb
pi
 [Hz] 
 
 
3 - SEL314 P. R. Veronese 
 
Figura 2 – Circuito Usado na Questão 2. 
 
5676,20
984,19,32
1
=
×
=
kn
fCa pi [kHz] 
 
d.) Excursão de saída: 
 
TpoTn VVV −≤≤− (max) 
⇒
 
VVV o 9,08,0 (max) ≤≤− 
Portanto: 
Vo(max) = 1,60 Vpk-pk 
 
e.) Conclusões: 
 
O amplificador da Figura 1 é um amplificador fonte-comum com carga ativa que trabalha 
na faixa de áudio (20 Hz ~ 20 KHz). Possui ganho de tensão, inversor, relativamente 
elevado, alta resistência de entrada e resistência de saída média. A tensão de off-set de saída 
é bem baixa. 
 
 
 
 
 
 
4 - SEL314 P. R. Veronese 
2a Questão: Para o circuito da Figura 2, calcular o ponto quiescente e as grandezas elétricas 
para pequenos sinais e baixas freqüências: Aυol =υo/υi+ com υi- = 0; CMRR e Ro. 
 
Sabe-se que os parâmetros de modelagem de M1 e de M2 valem: KP = 36,9201233132 
µA/V2; VTO =-0,90 V e λ = 0,0167 V-1. Os parâmetros de modelagem de M1e e de M2e 
valem: KP = 119,987756351 µA/V2; VTO =0,80 V e λ = 0,04177295919 V-1 e os 
parâmetros de modelagem de M3 valem: KP = 119,987756351 µA/V2; VTO =0,80 V e λ = 
0,0125 V-1. 
A resistência interna da fonte de corrente ISS, vista pelo sinal AC, vale: rof = 3,07 MΩ e a 
resistência interna da fonte de corrente Io, vista pelo sinal AC, vale: ro = 64 kΩ. A 
tecnologia é de 1,0 µm, poço n. As correntes das fontes de corrente valem, em DC: ISS = 20 
µA e Io = 980 µA. 
 
Resolução: 
 
As equações quiescentes para o amplificador diferencial valem: 
 
( ) ( )[ ]SSonTnSSoPn
e
e
SS VVVVVKL
WI −×+×−−××+−= 1
2
1
1
1 10 λ 
⇒
 
( ) ( )[ ]5,290417729591,017,1987756351,1194200 121 +×+×+××+−= oo VVµµ 
⇒ 
Vo1 = -1,5 V 
e 
( ) ( )[ ]12
1
1 10 oXpTpXPpSS VVVVKL
WI −×+×+××+−= λ 
⇒ 
( ) ( )[ ]5,10167,019,09201233132,3652200 2 +×+×−××+−= XX VVµµ 
⇒
 
VX = 1,0 V 
 
Para o estágio de saída, a equação quiescente vale: 
 
( ) ( )[ ]SSoTnSSoPno VVVVVKL
WI −×+×−−×××+−= 3
2
1
3
3 1
2
10 λ
 
⇒
 
( ) ( )[ ]5,20125,012,0987756351,119396
2
19800 2 +×+××××+−= oVµµ 
⇒ 
Vo = 124 nV (offset virtualmente nulo) 
Então: 
( ) ( )[ ] 2005,10,10167,019,00,19201233132,36521 =+×+×−××= µmg [µA/V] 
 
5 - SEL314 P. R. Veronese 
( ) ( )[ ] 1005,25,190417729591,017,15,1987756351,11942 =+−×+×+−××= µemg [µA/V] 
 
( ) [ ] 8,95,20125,012,0987756351,1193963 =×+×××= µmg [mA/V] 
 
238,6
100167,0
5,20167,01
1 =
×
×+
=
µds
r [MΩ] 
 
4939,2
1090417729591,0
0,190417729591,01
1 =
×
×+
=≅
µedsoe
rr [MΩ] 
 
96,9
4939,21001
4939,2
1 22
2
=
×+
=
+
=
M
M
rg
r
r
edsem
eds
od µ
 [kΩ] 
 
1837,84
9800125,0
5,20125,01
3 =
×
×+
=
µds
r [kΩ] 
 
Grandezas elétricas: 
 
- Ganho de tensão: 
 
kk
kk
kMM
MM
m
rr
rr
rrr
rrggA
ods
ods
odoeds
oeds
mmol 6418,84
6418,84
96,94939,2238,6
4939,2238,68,9200
3
3
1
1
31 +
×
×
++
×
××=
+
×
×
++
×
××= µυ
⇒
 
Aυol= 126.819,0 V/V (102 dB) 
 
- Resistência de saída: 
 
kk
kk
rr
rrR
ods
ods
o 6418,84
6418,84
3
3
+
×
=
+
×
= 
⇒
 
Ro = 36,36 kΩ 
 
- Rejeição a modo-comum: 
 
( )[ ]






×
+
+×++×
=
od
oe
oeds
dsmofodds
r
r
rr
rgrrr
CMRR
1
111 122log20 
 
( )[ ]






×
+
×+××++×
=
k
M
MM
MMkMCMRR
96,9
4939,2
4939,2238,6
238,6200107,3296,9238,62log20 µ 
⇒ 
CMRR = 112,86 dB