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Eletrônica II
Germano Maioli Penello
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html
Aula 23
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Pauta (T3 e T4)
BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211
CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311
CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411
DANILO PEREIRA CALDERONI 200920378611
FELIPE ALMEIDA DA GRACA 200420392911
GABRIELLE CRISTINA DE SOUZA SILVA 201110256211
GUTEMBERG CARNEIRO NUNES 201410074911
HARLAN FERREIRA DE ALMEIDA 201120421111
HERNAN DE ALMEIDA PONTIGO 201210380211
LEONARDO RICARDO BERNARDES DA CONCEIçãO 200910229111
LUCAS MUNIZ TAUIL 201210073911
NAYARA VILLELA DE OLIVEIRA 201110062111
TAMYRES MAURO BOTELHO 200820512211
ANA CAROLINA FRANCO ALVES 200910169711
BRUNO STRZODA AMBROSIO 201110060611
FERNANDO DE OLIVEIRA LIMA 201210070411
GISELE SILVA DE CARVALHO 200920386311
HAZIEL GOMES DA FONSECA 200910105311
HENRIQUE DE SOUZA SANTANA 201420535011
HUGO CARDOZO DA SILVA 201110313311
IURI COSTA MACHADO DOS SANTOS 201120586611
JESSICA BARBOSA DE SOUZA 201210068011
LEONARDO MOIZINHO PINHEIRO 200920545211
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Pauta (T5 e T6)
ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411
BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811
FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511
HELDER NERY FERREIRA 200620350811
ISABELE SIQUEIRA LIMA 201210072011
JOAO CARLOS GONCALVES MARTINHO 201110065111
JéSSICA RIBEIRO VENTURA 201220446811
LUCAS VENTURA ROMANO 200920382111
MATEUS LOPES FIGUEIREDO 201220690611
MONIQUE SOARES DE MORAES 201010069511
NATHALIA CRISTINA AZEVEDO VALADAO DE JESUS 201020411911
PAULO CESAR DOS SANTOS 201210073011
RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111
VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011
VICTOR HUGO GUIMARAES COSTA 201210379611
VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411
ARTHUR REIS DE CARVALHO 201210071011
BRUNO ALVES GUIMARAES 201210077011
CLAREANA RANGEL DE OLIVEIRA 201220450911
DANIEL DE SOUZA PESSOA 201220452011
GUSTAVO OGG FERREIRA MORENO TAVARES 201220447211
ISRAEL BATISTA DOS SANTOS 201220453911
LEONARDO DA SILVA AMARAL 201220446111
LEONARDO GONZAGA DA SILVA 201210076311
LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211
MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611
MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511
RAFAEL TAVARES LOPES 201210077211
RICARDO ALVES BARRETO 200420419111
WALBER LEMOS DOS SANTOS 201120421711
Resposta em baixa frequência
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Selecionando valores das capacitâncias
Queremos projetar um circuito com um determinado fL, mantendo as capacitâncias com os menores valores possíveis.
CE é a capacitância dominante para a determinação de fL por causa da baixa resistência vista por este capacitor
É comum estipular que a contribuição de CE seja de 80% do valor de wL, enquanto as outras capacitâncias contribuem 10%.
Exemplo
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Desenhe o circuito.Determine as resistências que cada capacitor vê.Calcule CE com a contribuição de 80%.Calcule CC1 com a contribuição de 10%.Calcule CC2 com a contribuição de 10%.
Efeitos capacitivos internos
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Incluindo as capacitâncias em nossas contas, explicamos o porquê do ganho cair a baixas frequências. Para explicar as altas frequências, temos que modificar o modelo de BJT ou MOSFET para incluir os efeitos da capacitância interna.
Efeitos capacitivos internos
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Modelo de baixas frequências (conexão de corpo conectada com o terminal de fonte)
MOSFET
Efeitos capacitivos internos
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Melhorou um pouco.
Modelo de altas frequências (conexão de corpo conectada com o terminal de fonte)
Este é o modelo que iremos utilizar nos cálculos manuais
Frequência de ganho unitário
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Figura de mérito para a operação em alta frequência do MOSFETTambém chamada de frequência de transição
É definida como a frequência em que o ganho de corrente de curto circuito da configuração fonte comum é unitária.
Cgd é pequeno
Frequência de ganho unitário
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Figura de mérito para a operação em alta frequência do MOSFETTambém chamada de frequência de transição
É definida como a frequência em que o ganho de corrente de curto circuito da configuração fonte comum é unitária.
Passa alta ou passa baixa?
Quando que esta razão é unitária?
Frequência de ganho unitário
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Figura de mérito para a operação em alta frequência do MOSFETTambém chamada de frequência de transição
É definida como a frequência em que o ganho de corrente de curto circuito da configuração fonte comum é unitária.
Unitário quando w = wT
Frequência de ganho unitário
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Figura de mérito para a operação em alta frequência do MOSFETTambém chamada de frequência de transição
É definida como a frequência em que o ganho de corrente de curto circuito da configuração fonte comum é unitária.
fT ~ 100 MHz em tecnologias antigas (CMOS 5mm)
fT ~ 1 GHz em tecnologias de alta velocidade (CMOS 0.13mm)
Efeitos capacitivos internos
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Modelo de altas frequências
Este é o modelo que iremos utilizar nos cálculos manuais
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Cm não é normalmente dado em um data sheetPodemos extrair Cm da expressão de b (ou hfe) em função da frequência
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Para as frequências que o modelo é válido
b0 é o valor de b em baixas frequências
Passa alta ou passa baixa?
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Para as frequências que o modelo é válido
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Bode plot
Frequência de ganho unitário
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Frequência de ganho unitário
Expressão muito similar à do MOSFET(trocando Cgs Cp e Cgd Cm )
Também chamada de frequência de transiçãoTipicamente entre 100 MHz e 10 GHz
MOSFET:
Frequência de corte
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Similar ao que foi calculado no MOSFET
Limites deste modelo:
Frequências até ~0.2 fT
Para frequências maiores, outros elementos parasíticos devem ser introduzidos no modelo
Exercícios para próxima aula
• 5.112
• 5.115
• 5.130
• 5.144
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T3 e T4 – entrega na quarta-feiraT5 e T6 – entrega na quinta-feira
Resposta em alta frequência
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Utilizando os modelos apresentados na aula passada, podemos estimar a performance em alta frequência de circuitos com BJT e MOSFET.
Desejamos determinar a frequência (fH) em que o ganho cai 3dB abaixo do valor obtido para as frequências intermediárias.
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Resposta em alta frequênciaMOSFET
BJT
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Resposta em alta frequênciaQual é esta configuração?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual o ganho em frequências intermediárias?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual o ganho em frequências intermediárias?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual o ganho em frequências intermediárias?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Desejamos encontrar fH! Para isso, podemos considerar igd muito pequeno(Ainda estamos próximos da banda intermediária)
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Desejamos encontrar fH! Para isso, podemos considerar igd muito pequeno(Ainda estamos próximos da banda intermediária)
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
A corrente igd é
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
A corrente igd aparece devido à presença de Cgd. Desta maneira, podemos substituir Cgd por uma capacitância equivalente entre a porta e o terra caso esta Ceq tenha uma corrente exatamente igual a igd.
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Cgd faz com que apareça uma Ceq elevada na entrada do amplificador!
Efeito conhecido como efeito Miller! (1+gmRL||RD||ro) é conhecido como multiplicador Miller
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
O circuito a ser desenhado é simplificado e sua análise é mais simples.
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Passa alta ou passa baixa?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Passa baixa!Qual a frequência de corte?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Passa baixa!Qual a frequência de corte?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Novamente caimos em um circuito RC simples e a frequência de corte está associada aos resistores e capacitores deste circuito!
Toda essa conta não é necessária para apenas a determinação da frequência de corte. Podemos novamente analisar quais as resistências e capacitâncias acopladas no trecho do circuito.
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual a frequência de corte do trecho do circuito da entrada?Simplificar o circuito para um circuito RC simples!
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual a frequência de corte deste circuito?
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Qual a frequência de corte deste circuito?
Exatamente o mesmo resultado obtido anteriormente!
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Resposta em alta frequênciaFonte comum
Recapitulando
A capacitância Cgd é pequena, mas sua influência em altas frequências é grande por causa do fator multiplicativo (1+gmR`L) – efeito Miller:
Cin (C´ em nossas contas) é alta baixa fH
Para aumentar a frequência de operação devemos reduzir o efeito Miller (lembrem-se da configuração cascode);
Fizemos uma aproximação de que igd é desprezível! Essa análise é simplificada e serve para mostrar a importância do efeito Miller na análise em altas frequências.
Exemplo
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Exemplo
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1º - calcular o ganho para frequências intermediárias2º - determinar a Ceq (efeito Miller) 3º - determinar a Cin
4º - simplificar o circuito de entrada5º - identificar a frequência de corte fH
Exemplo
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Exemplo
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Exemplo
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Exemplo
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Exemplo
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Exemplo
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