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Eletrônica II

Germano Maioli Penello

gpenello@gmail.com

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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