Problema 3.1 PDF

Problema 3.1 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 1 Problema...

Problema 3.1 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 1 Problema 3.1 𝑉0𝑉 = 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 𝑉𝑡 =0.7 V 1 𝑊 1 𝑊 𝐼𝐷 = 𝑘′𝑛 𝑉 − 𝑉𝑡 2 𝑘′𝑛 = 3.0𝑚𝐴/𝑉 2 2 𝐿 𝐺𝑆 2 𝐿 0.1 mA 0.1 mA 2 1 𝑊 𝐼𝐷 = 𝑘′𝑛 𝑉 Dados do enunciado 2 𝐿 0𝑉 1 0.1mA= 3.0 𝑚𝐴𝑉0𝑉 2 2 0.2 mA 2×0.1𝑚𝐴 𝑉0𝑉 = 3𝑚𝐴 =0.26V Podemos achar VGS 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉0𝑉 + 𝑉𝑡 𝑉0𝑉1 = 𝑉0𝑉2 𝑉𝐺𝑆 =0.26+0.7=0.96 V Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 2 Problema 3.1 VCM=0 V VS=-0.96 V + ID1=0.1 mA - VS=? VGS =0.96 V ID2=0.1 mA 𝑉0𝑉1 = 𝑉0𝑉2 = 0.26 𝑉 𝑉𝐶𝑆 VCS – Voltage drop at the Current Source 𝑉𝐶𝑆 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑆𝑆 = −0.96 + 2.5 =1.54 V Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 3 Problema 3.1 VCM= 1V 𝑉𝐶𝑀 = +1𝑉 + 𝑉𝐶𝑀 + 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑆 VGS - = - 0.96 V VS=? 𝑉𝑆 =1−0.96 = 0.04 𝑉 𝑉01 = 𝑉𝐷 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 × 𝑅𝐷 𝑉01 = 𝑉𝐷 = 2.5 − 0.1𝑚𝐴 × 5𝑘 = 2𝑉 𝑉𝐶𝑆 𝑉𝐷1 = 𝑉𝐷2 = 𝑉01 = 𝑉02 = 2.0 V 𝑉𝐶𝑆 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑆𝑆 = 0.04 − (−2,5) = 2.54𝑉 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 4 Problema 3.1 VCM= -1V 𝑉𝐶𝑀 = −1𝑉 + 𝑉𝐶𝑀 + 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑆 VGS - = - 0.96 V VS=? 𝑉𝑆 = −1 − 0.96 = −1.96 𝑉 𝑉𝐶𝑆 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑆𝑆 = −1.96 − (−2.5) = 0.54𝑉 𝑉𝐶𝑆 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 5  Problema 3.1 As condições de fronteira imposta são as seguintes: Qual o valor máximo que eu O valor mais elevado de vCM é limitado de forma a que Q1 e Q2 se coloco na tensão V CM para mantenham na saturação assegurar que os transístors estão na região de saturação? 𝑉𝐷𝑆 = 0.26 𝑉 O valor mais baixo de vCM é dado pela tensão mínima necessária (VCS) para que a fonte de corrente VCS=0.3 V funcione corretamente Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 6 Problema 3.1 Aplico a condição de fronteira que 1º passo assegura asaturação 𝑉𝐷𝑆 > 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 Sei que V =V =0.26V DS OV 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐶𝑀 − 𝑉𝑠 𝑉𝐷𝑆 = 0.26 𝑉 Então: 0.26= 𝑉𝐶𝑀 − 1.74 − 0.7 𝑉𝐶𝑀𝑚𝑎𝑥 = 2.7𝑉 VCS=0.3 V Também podemos dizer que: 𝑉𝐶𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝑡 = 2 + 0.7 = 2.7𝑉 2º passo 𝑉𝐶𝑀𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝐺𝑆 + 𝑉𝐶𝑆𝑚𝑖𝑛 + 𝑉𝑆𝑆 = 0.96 + 0.3 − 2,5 = −1.24𝑉 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 7  Explicação do problema anterior. Forçar um MOS a sair da zona de saturação e a entrar em tríodo Se ID aumentar muito e queda de tensão 2º aos terminais de RD é muito mais elevada. 𝑖𝐷 A tensão VDS vai começar a dimnuir porque VD 3º vai dimuir (mais é gasto em RD) 4º QuandoVDS = VOV. O transistor entra em triodo 𝑉𝐷𝑆 = 0.26 𝑉 1º Se a tensão VGS =VCM for muito elevado. O transístor vai puxar muita corrente ID. Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 8 Problema 3.1e) (resumo) Sabemos que: VD=2 V Podemos calcular VDS=0.3 V VS =-2.5+0.3=-2.2 V 𝑉𝐺 = 𝑉𝐷 + 𝑉𝑡 =2.7 V Vamos agora calcular o VCM(mínimo) 𝑉𝐷𝑆 = 0.3 𝑉 𝑉𝐶𝑀(𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜) = 𝑉𝑆 + 𝑉𝑡 + 𝑉𝑂𝑉 𝑉𝐶𝑀(𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜) = −2.2 + 0.7 + 0.26 = −1.2 V VCS=0.3 V 𝑉𝐴 ≤ 𝑉𝐶𝑀 ≤ 𝑉𝐵 VCM que assegura saturação -1.24 ≤ 𝑉𝐶𝑀 ≤ 2.7 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 9 Problema 3.2 0.25 mA 0.25 mA Queremos saber: V0V= ? gm= ? ro= ? 𝑉𝐴 10 𝑟0 = = = 40 kΩ 𝐼𝐷 0.25𝑚𝐴 1 𝑊 𝐼𝐷 = 𝑘′𝑛 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 2 2 𝐿 2×𝐼𝐷 𝑊 2×0.25𝑚𝐴 1 0.5 mA 𝑉0𝑉 = ′ = =0.2V 𝑘𝑛 𝐿 0.25𝑚𝐴 50 𝐼𝑑𝑠 𝑊 𝑔𝑚 = = 𝑘′𝑛 𝑉 − 𝑉𝑡 𝑣𝑔𝑠 𝐿 𝐺𝑆 Outra forma de achar VDS é através da expressão Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 10 Rever o ganho em modo diferencial A tensão diferencial vid é aplicada de forma complementar; vG1 aumenta vid/2 e v G2 diminui vid/2. Esta é a situação, por exemplo, quando a entrada do amplificador diferencial provém da saída de outro amplificador diferencial. A tensão diferencial vid é aplicada de forma complementar; vG1 aumenta vid/2 e v G2 diminui vid/2. Esta é a situação, por exemplo, quando a entrada do amplificador diferencial provém da saída de outro amplificador diferencial. 𝑣01 = −𝑔𝑚1𝑣𝑔𝑠1 𝑅𝐷 //𝑟0 = −𝑔𝑚1 𝑣𝑖𝑑 /2 𝑅𝐷 //𝑟0 𝑣02 = −𝑔𝑚2𝑣𝑔𝑠2 𝑅𝐷 //𝑟0 = 𝑔𝑚2 𝑣𝑖𝑑 /2 𝑅𝐷 //𝑟0 𝑣𝑔𝑠1 = 𝑣𝑖𝑑 /2 𝑣𝑔𝑠2 = −𝑣𝑖𝑑 /2 𝑣0𝑑 = 𝑣02 − 𝑣01 = 𝑔𝑚 𝑣𝑖𝑑 𝑅𝐷 //𝑟0 Terra virtual 𝑔𝑚1 = 𝑔𝑚2 = 𝑔𝑚 𝑣0𝑑 𝐴𝑑 = = 𝑔𝑚 𝑅𝐷 //𝑟0 𝑣𝑖𝑑 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 Rever o cálculo do ganho em modo comum Se dissermos que α=1 e re é muito pequeno, então podemos simplicar: Usamos esta expressão quando disserem que as resistências no coletor variam Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 12 Problema 3.2 𝑉𝐴 𝑟𝑜 = 𝐼𝐷 0.25 mA 0.25 mA 0.5 mA Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 13 Problema 3.3 𝑣02 1 𝐴𝑑_𝑠𝑖𝑛𝑔 = = 𝑔 𝑅 //𝑟 𝑣𝑖𝑑 2 𝑚 𝐷 0 𝑣02 = −𝑔𝑚2𝑣𝑏𝑒2 𝑅𝐷 //𝑟0 𝐼𝐶 = 0.9950.25 = 0.249𝑚𝐴 𝐼𝐶 𝑣𝑏𝑒2 = −𝑣𝑖𝑑 /2 𝑔𝑚 = 𝑉𝑇 𝑉𝑇 = 25𝑚𝑉 0.249 𝑔𝑚 = = 9.95𝑚𝐴/𝑉 25 𝑉𝐴 200 𝑟0 = 𝐼 = = 800𝑘Ω ൗ2 0,25 1 𝐴𝑑_𝑠𝑖𝑛𝑔 = 9.95(800//20)=97 V/V 2 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 14 Problema 3.3 𝐴𝑑_𝑑𝑜𝑢𝑏 = 2𝐴𝑑_𝑠𝑖𝑛𝑔 =194 V/V A resistência de entrada diferencial é tudo o que está no emissor multiplicado por (𝛽 + 1). 𝑅𝑖𝑑 = 2𝑟𝜋=2(𝛽 + 1)𝑟𝑒 =2201100=40.2kΩ Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 15 Voltando as nossas revisões 𝑣01 𝛼𝑅𝐶 𝛼𝑅𝐶 𝐴𝑐𝑚_𝑠𝑖𝑛𝑔 = =− ≅− 𝑣𝑖𝑐𝑚 2𝑅𝐸𝐸 + 𝑟𝑒 2𝑅𝐸𝐸 0.99520 _3 𝐴𝑐𝑚_𝑠𝑖𝑛𝑔 = = 9.9510 𝑉/V 21000 |𝐴𝑑 | 97 Soluções: d) 𝐶𝑀𝑅𝑅 = = _3 = 9748 = 80 𝑑𝐵 |𝐴𝑐𝑚 | 9.9510 |𝐴𝑑 | e) 𝐶𝑀𝑅𝑅 = =∞ |𝐴𝑐𝑚 | Ganho de modo comum |𝐴𝑐𝑚 é nulo pois o circuito é simétrico (transístores são iguais “matched)” Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 Problema 3.4 Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 17 Problema 3.4b Isto é só o ganho do para diferencial ainda nos falta calcular o ganho com a fonte de sinal incluída e a resistência em serie de 5 kΩ. Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 Problema 3.4b 𝐴𝑉𝑡 = 𝐴𝑉1 × 𝐴𝑉2 AV2 AV1 Repare que consideramos as duas resistências de 5 kΩ em série. B C AV1 A AV2 5k 5k vs 𝐴𝑉1 vs Rid 𝑅𝑖𝑑 𝐴𝑣2 = 𝑅𝑖𝑑 + 5𝑘 + 5𝑘 2𝑅𝐶 𝐴𝑣1 = 2 𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 𝑅𝑖𝑑 2𝑅𝐶 𝐴𝑣𝑡 = x 𝑅𝑖𝑑 + 5𝑘 + 5𝑘 2 𝑟𝑒 + 𝑅𝐸 𝐴𝑣𝑡 = 0.8 × 50 = 40 V/V Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749 Problema 3.2 Podemos assumir que cada resistência pode varia 1%, então no pior das hipótese temos uma variação, ΔR de 2% (0.02) Não se esqueça de incluir REE Organic Electronics and Bioelectronics Research Laboratory. Henrique Leonel Gomes ([email protected]) https://www.it.pt/Members/Index/5749