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Eletrônica II

Germano Maioli Penellogpenello@gmail.com

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Eletronica II _ 2015-1.html

Aula 10

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Pauta (T3 e T4)

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

Felipe Almeida

Danilo Calderoni

BRUNO SILVEIRA KRAUSE 200710532211

CAIO ROSCELLY BARROS FAGUNDES 201020412311

CAROLINA LAUREANO DA SILVA 201110312411

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

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Pauta (T5 e T6)ALINE DAMM DA SILVA FALCAO 201110358411

BERNARDO CARVALHO SILVA SANTOS 201120428811

FABRICIO BICHARA MOREIRA 201120586511

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

RENATO DOS SANTOS FREITAS JUNIOR 200910137111

VICTOR ARAUJO MARCONI 200810350011

VINICIUS PEIXOTO MEDINA 201220446411

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

LUCIANA DE FREITAS MONTEIRO 200520396211

MARCOS VINICIUS PAIS BORSOI 200820381611

MARISOL BARROS DE ALMEIDA 201020407511

RICARDO ALVES BARRETO 200420419111

WALBER LEMOS DOS SANTOS 20112042171

Helder

Isabele

Paulo

Leonardo

Victor Guimarães

Rafael Tavares

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Polarização de transistores

A polarização serve para definir a corrente ID estável e garantir uma tensão VDS que mantenha o transistor em saturação para todos os sinais esperados naentrada.

Nesta aula, veremos diferentes maneiras de polarizar um transistor.

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Polarização com VGS fixo

Sabendo que

É uma boa idéia?

Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGSCom isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.

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Polarização com VGS fixo

Sabendo que

Uma primeira maneira de polarizar o transistor seria fixando o valor de VGSCom isso, fixamos a corrente que passa entre o dreno e a fonte do transistor.

Os valores de µn, Cox, Vt e W/L variamsignificativamente em componentesdiscretos. O mesmo fabricante podeproduzir o mesmo componente com valores diferentes.

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Polarização com VG fixo e com Rs

Esta é uma excelente alternativa de polarização.

Se VG é muito maior que VGS, a corrente IDé majoritariamente determinada pelosvalores de VG e RS. Para melhorar, RSfornece uma realimentação negativa, estabilizando ID.

ID � VGS (estamos fixando VG) � ID

Variação repentina de ID faz com que IDtente voltar à situação de equilíbrio

Dispositivos diferentes têm ID similares

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Polarização com VG fixo e com RsImplementação prática

Com apenas uma fonte de tensão (com o capacitor acoplando o sinal)

Com duas fontes de tensão (sem o capacitor acoplando o sinal)

Por realimentar o sistema negativamente, o resistor RS é chamado de resistênciade degeneração

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Polarização com resistor entre o dreno e a porta

Esta é uma maneira simples e eficiente de polarizar o transistor (RG ~ MΩ)

VGS = VDS (lembre-se que IG = 0)

Similar à equação do slide 15 ( )

Realimentação negativa! Se a corrente ID aumenta por algummotivo, VGS diminui. Se VGS diminui, a corrente ID diminui.

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Polarização com uma fonte de corrente constante

Esta é a maneira mais eficaz de polarizar um transitor.

RG (~MΩ) é usado como um aterramento DC e apresenta uma alta resistência ao sinal de entradaacoplado capacitivamente à porta.

RD estabelece a tensão no dreno que determina a varredura do sinal de saída mantendo o transistor na saturação.

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Polarização com uma fonte de corrente constante

Como construir uma fonte de corrente constante?

Q2 tem o mesmo VGS de Q1. Considerandoque ele está na saturação:

A corrente I é a corrente constante desejada.

A corrente I está relacionada com IREF pela razão de aspectodos transistores. Este circuito é chamado de espelho de corrente. Muito usado em projetos MOS de CI.

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Polarização com uma fonte de corrente constante

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Polarização com uma fonte de corrente constante

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Amplificadores com MOSFETsCircuitos de componentes discretos

Agora analisaremos circuitos completos de amplificadores com componentes discretos MOS. É importante ressaltar que os MOSFETssão utilizados majoritariamente em circuitos integrados, não em circuitosdiscretos.

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Circuitos completos

Até o momento no curso, analisamos separadamente o circuito DC com MOSFET.

Depois, analisamos a simplificação dos circuitos dentro da aproximação de sinal pequeno.

Por fim, mostramos os circuitos de polarização.

Agora, apresentaremos os circuitos completos dos amplificadores.

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Amplificador de fonte comum

Circuito completo de um amplificador de fonte comum utilizando polarizaçãocom corrente constante. Agora já temos todas as ferramentas para analisareste circuito.

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Amplificador de fonte comum

Acabamos de fazer a análiseDC deste circuito!

Agora faremos a análise o sinal. Qual o modelo a se utilizar?

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Amplificador de fonte comum

Ro = RD||ro

Divisor de tensão na entrada Divisor de corrente na saída

Ganho negativo

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Amplificador de fonte comum com Rs

A diferença é queagora incluímos Rs no circuito anterior.

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Amplificador de fonte comum com Rs

Já analisamos este circuito anteriormente (aula 08). A única diferença é que eleagora tem a resistência RG. Isto muda a resistência de entrada Rin (Rin = RG) e altera o ganho de tensão total.

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Amplificador de porta comum

Qual o circuito DC a ser analisado?

Qual o modelo de circuitode pequenos sinais queutilizamos?

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Amplificador de porta comum

Exatamente o mesmo resultado que obtivemos na aula 09! Confira.

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Amplificador de dreno comum

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Amplificador de dreno comumSeguidor de tensão

Agora existe RG na entrada. Rin não é mais infinita afetando o ganho de tensão total.

Efeitos não considerados

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Na nossa análise do MOSFET feita até agora, desprezamos diversos efeitos considerados secundários. Analisaremos a partir de agora alguns desses efeitos.

• A importância da conexão ao corpo do substrato• Efeitos de temperatura• Breakdown - ruptura• Saturação da velocidade

Discutimos também apenas o MOSFET tipo intensificação. No fim, apresentaremos o MOSFET tipo depleção.

Corpo do substrato

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O MOSFET é um dispositivo de 4 terminais, mas normalmente, o corpo do substrato é conectado à fonte, fazendo assim com que ele seja um dispositivo de 3 terminais.

Note que B e S têm no mesmo potencial.

Corpo do substrato

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Isto é feito para que a junção pnentre o canal e o substrato não vire um diodo diretamente polarizado. Com isto, o substrato não afeta a operação do circuito e ele pode ser ignorado na análise (esta é a análise que fazemos em dispositivos discretos).

Em circuitos integrados, o corpo do substrato é conectado à fonte de tensão mais negativa em um circuito NMOS (positiva em um PMOS). Isto causa o aparecimento de uma ddp entre S e B (VSB) de alguns MOSFETs

Corpo do substrato

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Se existir VBS negativo (VB

Efeito de corpo

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Quando VB é diferente de VS, o substrato age como uma segunda porta para o MOSFET (backgate). Com isto, vbs também gera uma corrente de dreno. Portanto, podemos associar à essa corrente um transcondutância de corpo:

Modificando também o modelo de circuito equivalente

Pode-se demonstrar que:

ondeTipicamenteχ = 0.1 a 0.3

Efeitos de temperatura

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As características do MOSFET são alteradas em função da temperatura.

Vt diminui cerca de 2 mV para cada aumento de 1C. Aumento ou diminuição de ID?

k’ também diminui com o aumento da temperatura. Aumento ou diminuição de ID?

Efeitos de temperatura

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As características do MOSFET são alteradas em função da temperatura.

Vt diminui cerca de 2 mV para cada aumento de 1C. Aumento ou diminuição de ID? Aumento! (aumento de Vt, diminui VOV)

k’ também diminui com o aumento da temperatura. Aumento ou diminuição de ID? Diminuição! (lembre da equação de ID vs k’)

Efeito interessante utilizado em circuitos de potência! Dependendo da tensão, o MOSFET não sofre o thermalrunaway.

Breakdown - ruptura

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Se VD aumenta muito, o transistor sofre de um efeito chamado de avalanche. No efeito avalanche, portadores minoritários têm energia suficiente para quebrar as ligações covalentes do cristal semicondutor e gerar mais portadores. Mais portadores geram mais quebras e mais corrente similar a uma avalanche. (parecido com o efeito zener, mas o efeito zener écausado pelo campo elétrico)

Breakdown - ruptura

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Uma outra ruptura acontece quando o VGS é maior que ~30V. Isto causa a ruptura do óxido da porta destruindo o componente.

http://www.attopsemi.com/tec3.htm

Breakdown - ruptura

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Uma outra ruptura acontece em dispositivos modernos de canais curtos. Se VD aumenta a ponto da região de depleção em volta do dreno se estende pelo canal até a porta, a corrente aumenta rapidamente. Este efeito normalmente não destrói o dispositivo. Ele é chamado de punch-through.

Saturação da velocidade

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Em dispositivos modernos de canais curtos a velocidade dos portadores de carga atinge um limite superior (~107 cm/s) para valores de tensões da ordem de 1V. Esse limite é chamado de saturação da velocidade.

Nesta situação, a corrente iD não segue mais a lei quadrática com vDS, ela passa a ser linear. Isto afeta a transcondutância gm, que passa a ser constante. Lembre-se que gm é a derivada de id em relação a vGS.

http://analog.intgckts.com/mos-transistor/nmos-transistor/

MOSFET de depleção

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No MOSFET de intensificação, devemos aplicar uma tensão vGS maior que Vtpara que um canal entre o dreno e a fonte se crie e o transistor conduza corrente.

No MOSFET de depleção, esse canal já existe. A aplicação de uma tensão vGSnegativa, reduz o canal já existente e a corrente diminui. A tensão Vt agora édefinida como o valor negativo de vGS em que a corrente é nula.

MOSFET de depleção

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Pode operar tanto como intensificação como quanto depleção dependendo da tensão vGS aplicada

MOSFET outros símbolos

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Canal-p

Canal-n

JFET MOSFET intensificação

MOSFET intensificação

Sem corpo

MOSFET depleção

MOSFET depleção

Sem corpo

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