Slide 1

PSI 2223 – Introdução à Eletrônica

Programação para a Terceira Prova


Slide 2

21ª Aula:

O MOSFET como Amplificador

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Explicar a utilização do MOSFET como amplificador quando opera na
região de saturação
- Empregar o Modelo para pequenos sinais para calcular o ganho de
tensão em amplificadores como MOSFET


Slide 3

Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo
Enriquecimento


Slide 4

NMOSFET
• Região Triodo:

Equações de ID=f(VGS, VDS) de 1a Ordem
0< vDS  vGS-Vt
Linear

Parabólica
iD

2
v DS 
W 
 k n
 v G S  V t  v D S 

L 
2 

i D  k n

v G S

L

• Região de Corte:

 Vt 
2

iD   n C ox

W
L

rD S  1  n C o x

(v G S  V t )v D S
W
L

(v G S  V t )

0< vGS-Vt  vDS

• Região de Saturação:
W

( se vDS << vGS-Vt )

2

onde

k n 

μ n ε ox
x ox

vGS Vt ou vGS-Vt 0

 μ n .C ox

iD=0

(Parâmetro de Transcondutância do processo [A/V2])


Slide 5

Região de Saturação
VDS > VGS − Vt

Limiar entre triodo e saturação:
MOS saturado!

vDS = vGS - Vt

i D  k n

NMOS

W
L

v G S

 Vt 
2

2


Slide 6

Exemplo 4.4 Como operar em saturação?
Fazer
VDS ≥ VGS − Vt ou VGS ≤ VDS + Vt

[ vGS  vDS +Vt ]


Slide 7

Operando na Região de Saturação
carga passiva

v O  v DS e v I  v G S
V DD  R D i D  v DS  i D 

V DD
RD



1
RD

v DS

[ vGS  vDS +Vt ]
i D  k n

W
L

v G S

 Vt 
2

2


Slide 8

Operando na Região de Saturação
carga passiva

[ vGS  vDS +Vt ]

V DD
RD

iD 

V DD
RD



1
RD

vo

vi
v DS


Slide 9

Operando na Região de Saturação
v i  v D S  V t



(trio d o )

vI

V DD
RD

iD 

v i e n tre V t e v D S  V t

V DD
RD



(sa tu ra çã o )

vO



1
RD

v DS

vi  Vt

vO


Slide 10

O MOSFET como Amplificador
• Como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação
carga passiva

• Será que podemos analisar esse comportamento
matematicamente na região de saturação?
[ VGS  VDS -Vt ]

i D  k n

W v G S  V t 
L

i D  I D  id
v G S  V G S  v gs

2

2


Slide 11

Região de Saturação: Modelo para grandes sinais
v GS  V t
v DS  v GS  V t

i D  k n

W
L

v G S

 Vt 
2

2


Slide 12

Sofisticando o Modelo na Região de Saturação
v GS  V t
v DS  v GS  V t

i D  k n

VA

i D  k n

W

v G S

L

2

W v G S  V t 
L

 Vt 

2

2

onde

2

(1   .v D S

 

1
VA


Slide 13

Região de Saturação: Modelo para grandes sinais
Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de
um NMOSFET operando em saturação incorporando r0

ro 

1

I D

onde

 

1
VA


Slide 14

O MOSFET como Amplificador
• Como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação
carga passiva

[ VGS  VDS -Vt ]

i D  k n

W
L

v G S

 Vt 
2

2


Slide 15

O MOSFET como Amplificador
• Falamos que como amplificador o MOSFET é utilizado na região de saturação

i D  k n

gm 

W
L

iD
v GS

v G S

 k n .
v G S V G S

 Vt 

2

2
inclinação
(aproximação)
W
L

.(V G S  V t )

i d  g m v gs


Slide 16

Modelos Equivalentes de Circuitos
ig

Grandes Sinais

gm 

iDS

Pequenos Sinais

 k n .

W

v GS
L
i d  g m v gs

id

.(V G S  V t )


Slide 17

Modelos Equivalentes de Circuitos para
Pequenos Sinais
Pequenos Sinais

ig

gm 

iDS
v GS

 k n .

W
L

i d  g m v gs

id

ig

.(V G S  V t )

Pequenos Sinais com ro

ro 

VA
ID

id


Slide 18

Modelos Equivalentes de Circuitos para
Pequenos Sinais

v d   g m v gs (R D / / ro / / R L )

Ganho de Tensão
AV 

vd
v gs

  g m ( R D // r o // R L )


Slide 19

Até onde vale o Modelo Equivalente
para Pequenos Sinais?
vGS
2

iD

iD 

1
2

k n

W

V G S  V t   k n
2

L

W  (V G S  v gs )  V t  (saturação)
 k n
L
2

W
L

>>

V G S  V t  v g s 

1
2

k n

W
L

Pequenos Sinais!
1
2

k n

W
L

v g s  k n
2

W
L

V G S

 V t  v gs

v gs   2  VG S  Vt 

v gs

2


Slide 20

PSI 2223 – Introdução à Eletrônica

Programação para a Terceira Prova


Slide 21

21ª Aula – Parte II:

O MOSFET como Amplificador II

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Empregar o Modelo para pequenos sinais para calcular o ganho de
tensão em amplificadores como MOSFET
- Identificar a condição em que se considera um sinal como de
pequena amplitude


Slide 22

Operando na Região de Saturação

carga passiva

[ VGS  VDS -Vt ]


Slide 23

Modelos Equivalentes de Circuitos para
Pequenos Sinais

Limite com o corte:
v G S  V t  i D  k n
v D S m ax

W

 (v G S

L
2
 V D D (i D  0 )

Limite com o triodo:
v G S m ax  v D S  V t  i D  k n
iD

 k n

W v DS
L

2

2

V DD  v DS  R D
'

RD

kñ W
2 L

 Vt )  Vt 

W

 (v D S

L

 0

 Vt )  Vt 

limite com o corte

2

 0

2

e V DD  v DS  R D iD
2

W v DS 
 k n

L
2 


v D S m in  v D S m in  V D D  0
2

2

limite com a triodo


Slide 24

Modelos Equivalentes de Circuitos para
Pequenos Sinais
Pequenos Sinais!
v GS  2 V GS  V t 

gm 

 I DS
 V GS

 k n .

ro 

Outras maneiras de expressar gm
gm 

gm 

2 k n .

W

2I D
V GS  V t

L

. ID

W
L

VA
ID

.( V GS  V t )


Slide 25

Ex. 4.10: Amplificador MOSFET fonte comum empregando um resistor
de realimentação dreno-porta: Qual o ganho de tensão? Qual a
resistência de entrada? Qual o maior sinal possível na entrada?

Calcular POLARIZAÇÃO (= ID, VDS , VGS)
Calcular PEQ. SINAIS (= Av, Rin, Rout)

1
2

 0, 25 (VGS  1, 5)
2

FET: I D
Reta de Carga: VD = 15 – RDID = 15 – 10ID

ID = 1,06 mA e VD(S) = VG(S) = 4,4 V


Slide 26

O papel do resistor de realimentação RG
entre dreno e porta
Saturação: VDS > VGS − Vt
carga passiva

 RG garante saturação, pois VDS = VGS !!!
FET: I D  k n
Reta de Carga:

W  V GS  V t 
L

2

2

VDS = VDD − RDID OU
VDD = VGS + RDID

ID mais constante

 Se ID tende a aumentar, VGS diminui,
forçando ID a diminuir. E vice-versa


Slide 27

Ex. 4.10: Qual o ganho de tensão?
iG ≈ 0


v o   g m v gs ( R D / / R L / /r o )

vo
vi

  g m ( R D / / R L / /r o )
  0 , 725 (10 / /10 / / 47 )   3 ,3V / V

gm  k


n

W
L

(V GS  V t )

 0 , 25 ( 4 , 4  1,5 )
 0 , 725 mA / V
ro 

VA
ID



50
1, 06

 47 k 


Slide 28

Ex. 4.10: Qual a resistência de entrada?
iG ≈ 0 mas não desconsideramos neste caso!!!

R in 

ii

i i  ( v i  v o ) /R G

vi

vi 
vo 
1 

ii 

RG 
v i 
ii 

ii 

4 ,3 v i
RG

 R in 

10 M
4 ,3

vi
RG

1  (  3,3 )

 2 ,33 M 


Slide 29

Ex. 4.10: Qual o maior sinal possível na entrada?

Devemos manter o MOSFET na saturação:
vDS ≥ vGS − Vt
vDSmin = vGSmax − Vt
V DS  A v  v i  V GS   v i  V t

4,4  3,3  v i  4,4   v i  1,5
 v i  0,34V


Slide 30

22ª Aula:

O MOSFET como Amplificador II

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Identificar as configurações básicas de amplificadores MOSFET
empregados em Circuitos Integrados
- Explicar a necessidade de polarizar para ID constante
- Determinar o ganho de tensão nas configurações fonte comum,
porta comum e dreno comum