Projeto Circuito Integrado, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Elétrica

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Amplificadores de Estágio Simples (2)

Aula 6

Prof. Nobuo Oki

Cálculos das Impedâncias de Entrada e de

Saída a Pequenos Sinais (1)

-^

Como calcular as impedâncias (ou admitâncias) de entrada e desaída de um amplificador?

-^

Nas secões seguintes, assume-se que o amplificador seja umamplificador de tensão, cuja entrada e saída sejam tensões. Mas oconceito pode ser estendido para outros tipos de amplificadores,tais como amplificadores de corrente ( entradas e saídas sãocorrentes), amplificadores de transimpedância ( entrada é correntee saída é tensão) e amplificadores de transcondutânica (entrada étensão e a saída é corrente).1. Impedância de entrada

Método A:i) Aplica-se

v

tst^

à entrada, desenha-se o

modelo a pequenos sinais.ii) Calcula-se

i^ tst

f^

( v

tst^

iii) A impedância de entrada é dada pore a admitância de entrada é

Cálculos das Impedâncias de Entrada e de

Saída a Pequenos Sinais (3)

2. Impedância de saídaMétodo A:i) Faz-se v

in^ =0, ou se a entrada for uma fonte de

corrente, faz-se i

in^ =0.

ii) Aplica-se v

tst^

a saída e obtêm-se o modelo a

pequeno sinais.iii) Calcula-se i

tst^

= f(vtst

iv) A impedância de saída é dada pore a admitância de saída é^ Método B:i) Faz-se v

in^ =0, ou se a entrada for uma

fonte de corrente, faz-se i

in^ =0.

ii) Aplica-se i

tst^

a saída e obtêm-se o

modelo a pequeno sinais.iii) Calcula-se v

tst^ = f(i

tst).

iv) A impedância de saída é dada pore a admitância de saída é

Cálculo de Impedância de Saída (1)

•^

Exemplo

: Calcule a impedância de saída do seguinte circuito, assumindo que

M1 e M2 na região de saturação. Os parâmetros a pequenos sinais de M1 e M2são mostrados na tabela seguinte. Nota: Como

g

mb

não é 0, leva-se o efeito de corpo em consideração. Como

g

ds^

não

é 0,

considera-se o efeito de comprimento de canal.

Solução:(1) Seja

v

in =0, e obtêm-se o diagrama a pequenos sinais.

(2) Aplica-se i

tst^

à saída. O modelo a pequenos sinais é mostrado

na Fig. 1.

Cálculo de Impedância de Saída (3)

Note que, vg2=vb2=0, assim^ e^ Eq. (3)+Eq. (4)+Eq. (5), e combinando com a Eq. (1), obtêm-se,^ Da Eq. (6) pode-se escrever,

(7)

Substituindo a Eq. (2) na Eq. (7),

Cálculo de Impedância de Saída (4)

•^

Note que

, e

,sendo que a Eq. (9a) pode ser

Assim, reescrita como, Importante:

Cálculo de Impedância de Entrada (2)

Da Fig. 1, têm-se,Assim

2. Como

λ

= 0 , e

γ^

= 0 , tem-se

g

ds^

= 0 e

g

mb

.Desenhando o diagrama

a pequenos sinais como mostrado na Fig. 2 e aplicando v

tst^

à entrada. De acordo

com KCL.

Cálculo de Impedância de Entrada (3)

•^

Da Fig. 2, pode-se escrever Substituindo as Eqs. (2)-(5) na Eq. (1), obtêm-se Simplificando a Eq. (6) comoAssim

Seguidores de Fonte (Amplificadores

Dreno Comum)(2)

Comportamento a grandes sinais

Quando V

in^ <V

T, M1 é aberto e V

out

é 0.

Quando V

in^ >V

T, M1 vai para saturação. Como V

in^ aumenta, V

out

segue V

in^ com a

diferença de V

GS

Quando V

in^ aumenta de uma certa tensão (excedendo V

DD

), M1 entra na região

triodo, a tensão de saída torna-se constante e próximo a V

DD

Seguidores de Fonte

(Amplificadores Dreno Comum)(3)

•^

Análise a pequenos sinais Aplicando a análise a pequenos sinais do circuito acima, obtêm-se o diagramamostrado do lado direito.Note que,

e Substituindo as Eqs. (2)-(5) na Eq. (1), e após algumas simplificações, obtêm-se,

Assim

Exemplos de Seguidores de Fonte (2)

•^

2. Qual é a resistência de saída a pequenos sinais r

out

Solução: Seguindo os passos para cálculo da resistência de saída, obtêm-se odiagrama a pequenos sinais e considerando v

in^ =0.

Aplicando-se a KCL, tem-se

onde

Substituindo as Eqs. (4a)-(4c) em Eq. (3)

Assim

Exemplos de Seguidores de Fonte (3)

-^

Exemplo

. Para o amplificador mostrado abaixo (lado esquerdo),

assumindo,

0 , and

γ^

≠^

-^

1) Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais?

-^

2) Qual é a resistência de saída a pequenos sinais r

out

1. Qual é o ganho de tensão a pequenos sinais?

Solução: De acordo com KCL, têm-se

onde

Combinando-se as Eqs. (1a)-(1c), tem-se

Amplificadores Porta Comum (1)

•^

Em amplificador porta comum o sinal de entrada é aplicado no terminal defonte, como mostra a Fig.1. A saída é obtida no terminal de dreno. A portaé conectada a uma tensão contínua para estabelecer as condições depolarização adequada. Note que a corrente de polarização de M1 fluiatravés do sinal de entrada na fonte.

Amplificadores Porta Comum (2)

•^

Quando Vin>VB-VT, M1 está aberto, e Vout é VDD.

-^

Com o decréscimo de Vin e portanto de, M1 entra na região de saturação até

-^

Após isto, M1 é levado para região triodo. Comportamento a grandes sinais