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Amplificadores Elementares
Transistorizados
Prof. Jader A. De Lima
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• Amplificadores Básicos (Estágio Simples)
• Transistores Bipolares (BJTs)
• Transistores MOS (MOSFETs)
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Amplificador linear: A = d(Vout)/d(Vin) = constante
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Attenuation
Means loss of energy weaker signal
When a signal travels through a medium it loses energy
overcoming the resistance of the medium
Amplifiers are used to compensate for this loss of energy
by amplifying the signal.
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Measurement of Gain/Attenuation
To show the loss or gain of energy the unit
“decibel” is used.
dB = 10log10P2/P1
P1 - input signal
P2 - output signal
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Suppose a signal travels through a transmission medium and its
power is reduced to one-half. This means that P2 is (1/2)P1. In this
case, the attenuation (loss of power) can be calculated as
A loss of 3 dB (–3 dB) is equivalent to losing one-half the power.






=
1
2
log20
V
V
AVdB 





=
1
2
log20
I
I
AIdB
A loss of 3 dB (–3 dB) is equivalent to losing 0.707 of voltage (current).
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Decibel is also used to measure signal power in milliwatts. In
this case, it is referred to as dBm and is calculated as dBm =
10 log10 Pm , where Pm is the power in milliwatts.
A power level of 0 dBm corresponds to a power of 1 milliwatt.
Ex: Power of a signal with dBm = −30.
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(a) Thévenin (b) Norton
Representação de uma fonte de sinal
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Amplificador de tensão como quadripolo
• rin: resistência de pequenos-sinais de entrada
• rout: resistência de pequenos-sinais de saída
• Av : ganho de tensão em aberto Av = (Vout/Vin)
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• Caso prático:
• carga do amplificador (RL)
• Resistência da fonte de sinal (RS)
• Há algum efeito no ganho total Vout/Vs?
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Lout
L
invout
Rr
R
VAV
+
=
Sin
in
in
Rr
r
VsV
+
=
Lout
L
Sin
in
v
out
Rr
R
Rr
r
A
Vs
V
++
=
atenuação do sinal
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Exercício: determinar o ganho total na cadeia de 3 estágios.
Verificar que o ganho total difere de 10 x 100 x 1
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• modelo pequenos-sinais BJT
• modelo pequenos-sinais MOSFET
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• Tipos de Amplificadores
Amplificador de tensão Amplificador de corrente
Amplificador de transresistenciaAmplificador de transcondutância
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Typical magnitude response of an amplifier. |T(v)| is the magnitude of the
amplifier transfer function - that is, the ratio of the output Vo(v) to the input Vi(v).
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1. Montagem Emissor-Comum (CE: common emitter)
• terminal de emissor é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado à base
• sinal de saída – em inversão de fase - é retirado do coletor
Amplificadores Básicos a BJT
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• Ganho de tensão (condição de contorno: coletor em aberto):
inmm
C
out
vgvg
R
v
==− π
Cm
0Ioutin
out
V Rg
v
v
A −==
=
Observa-se que:
i)em relação à entrada, a saída apresenta inversão de fase.
ii)ganho AV é diretamente proporcional à transcondutância gm = IC/VT, sendo IC a
corrente de DC do coletor e VT é a tensão térmica (@ 25mV@300o
K).
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Ex: no caso de Av = -38.5, tem-se as correspondentes formas de onda,
para um sinal senoidal à entrada de amplitude de 2mV (admite-se que
a alimentação VCC seja suficientemente alta para permitir a excursão
de saída)
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (condição de contorno: coletor em aberto, ou iout = 0):
x
x
i
r
v
=
π
E
T
E
x
x
0ioutin
I
V
rr
i
v
r β=β=== π=
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
saída (condição de contorno: curto-circuito à entrada (vin = 0):
π+= vg
R
v
i m
C
x
x
C
x
x
0vinout R
i
v
r ===
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• A polarização de Q1 em sua região ativa é fundamental para que o
amplificador opere em sua região linear.
• O ponto quiescente Q é caracterizado por IBQ, ICQ e VCEQ
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• formas de onda referentes a uma entrada triangular.
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• Polarização do transistor
Equivalente Thévenin para cálculo do ponto quiescente
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→
RTh = RB1 // RB2
VTh = VCC RB2 / ( RB1 + RB2 )
IB = (VTh - VBE ) / [ RTh + ( β+1) RE ] AV ≅ - (RC / RE )
→ Presença de RE estabiliza o ganho
• DC:
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 Simulação com LTSPICE
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 Ponto de Operação (Ponto Quiescente)
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 Simulação AC (Pequenos Sinais)
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 efeito da temperatura no ganho
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 Simulação Transiente (Grandes Sinais)
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 FFT
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2. Montagem Base-Comum (CB: common base)
• terminal de base é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado ao emissor
• sinal de saída – em fase - é retirado do coletor
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• Ganho de tensão (coletor em aberto):
π−= vgRv mCout
π−= vvin
Cm
0Ioutin
out
V Rg
v
v
A +==
=
• Embora o ganho de tensão seja idêntico – em módulo – ao apresentado pela
montagem CE, a saída está agora em fase com a entrada.
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (coletor em aberto, ou iout = 0):
E
T
E0ioutin
I
V
rr ===
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
saída para curto-circuito à entrada (vin = 0):
E
EA
o
I
V
rcer ≅=
oC0vinout r//Rr ==
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3. Montagem Coletor-Comum (CC: common collector)
• terminal de coletor é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado à base
• sinal de saída – em fase - é retirado do emissor
• montagem CC também é chamada de seguidor de emissor
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• Ganho de tensão (emissor em aberto, Iout = 0):
outin vvv += π
E
E
EE
EmEout
r
R
v
r
1
r
1
Rv
r
v
vgRv ππ
π
π
π ≅





β
+=





+=










+= 1
R
r
vv
E
E
outin
1
R
r
1
v
v
A
E
E
0ioutin
out
V
+
+==
=
• para rE << RE, tem-se um ganho de tensão aproximadamente unitário,
estando os sinais de entrada e saída em fase.
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (emissor em aberto, ou iout = 0):
π
π
π
π 





+≅





++= v
r
R
1
r
v
RgRvv
E
E
EmEx
( )EE
x
E
E
E
x
x
Rr
v
r
r
R
1
v
r
v
i
+β
=
β





+
==
π
π
( )EE
x
x
in Rr
i
v
r +β==
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
saída para curto-circuito à entrada (vin = 0). Por simples inspeção
visual:






+β
+=





+β
+==
1
R
g
1
//R
1
R
r//Rr
S
m
E
S
eE0vinout
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+VCC
-VCC
Vi ~
RL
QN
QP
Vo
3a. Estágio de Saída Push-Pull Classe B
Estágio Push-Pull em Classe B
Vi
Vo
- Vcc + Vcesatp
Vcc - Vcesatn
Vben
Vbep
crossover
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3b. Estágio de Saída Push-Pull classe AB
(eliminar distorção de cruzamento)
+VCC
-VCC
Vin ~
R3
R4
RL
QN
QP
R2
R1
Q1Vbb
CB
Vo
push-pull com multiplicador de VBE
Vbb = VBE1 (1 + ( R2 / R1 ))
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1. Montagem Fonte-Comum (CS: common source)
• terminal de fonte é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado à porta
• sinal de saída – em inversão de fase - é retirado do dreno
Amplificadores Básicos a MOSFET
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• Ganho de tensão (dreno em aberto):
inm1m
D
out
vgvg
R
v
==−
Dm
0Ioutin
out
V Rg
v
v
A −==
=
Observa-se que:
i)em relação á entrada, a saída apresenta inversão de fase.
ii)ganho AV é diretamente proporcional à transcondutância. Para o MOSFET na
saturação, tem-se
D
GS
D
m I
V
I
g β2=
∂
∂
=
ID: a corrente DC do dreno
β = (W/L)µnCox : fator de ganho do transistor
( )2
2
THGSD VVI −=
β
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• MOSFET
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VDSat = VGS – Vt : saturation voltage
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Ex: Av = -3.85, tem-se as correspondentes formas de onda,
para um sinal senoidal à entrada de amplitude de 2mV.
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (dreno em aberto, ou iout = 0):
∞→==
x
x
0ioutin
i
v
r
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
saída na condição de contorno de curto-circuito à entrada (vin = 0):
gsm
D
x
x vg
R
v
i +=
D
x
x
0vinout R
i
v
r ===Sendo vgs = 0,
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• amplificador CS com resistor de degeneração de fonte RS, e
respectivo circuito equivalente para pequenos-sinais.
• A degeneração de fonte possibilita uma estabilização do ganho
(Av = -RD/RS)
S1m1in Rvgvv +=
Sm
in
1
Rg1
v
v
+
=
D1mout Rvgv −=
S
m
D
Sm
Dm
in
out
R
g
1
R
Rg1
Rg
v
v
+
−
+
−=
Impondo-se, por projeto, 1/gm << RS:
S
D
in
out
R
R
v
v
−≅
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2. Montagem Porta-Comum (CG: common gate)
• terminal de gate é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado à fonte
• sinal de saída – em fase - é retirado do dreno
gsmDout vgRv −=
gsin vv −=
Dm
0Ioutin
out
V Rg
v
v
A +==
=
• Ganho de tensão (dreno em aberto):
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (dreno em aberto, ou iout = 0):
xm1mx vgvgi =−=
mx
x
0ioutin
g
1
i
v
r ===
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC abaixo para o cálculo da impedância
(resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0):






+=+==
oD
x
o
x
D
x
x
r
1
R
1
v
r
v
R
v
i oD0vinout r//Rr ==
D
EA
dso
I
V
rr ≅=
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3. Montagem Dreno-Comum (CD: common drain)
• terminal de dreno é comum a ambos os sinais de entrada e saída.
• sinal de entrada é aplicado à porta
• sinal de saída – em fase - é retirado da fonte
• montegem CD também é chamada de seguidor de fonte
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• Ganho de tensão (fonte em aberto):
o
out
L1mL
o
out
1mLout
r
v
RvgR
r
v
vgRv −=





−=
1mL
o
L
out vgR
r
R
1v =





+
1outin vvv =−
)vv(gR
r
R
1v outinmL
o
L
out −=





+
in
omL
L
mL
out v1
rgR
R
gR
1
v =





++
( )oLm
0ioutin
out
V
r//Rg
1
1
1
v
v
A
+
==
=
• para ro >> RL e gmro >>1, tem-se um ganho de tensão aproximadamente
unitário, estando os sinais de entrada e saída em fase.
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• Resistência de Entrada:
• circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de
entrada (fonte em aberto, ou iout = 0):
∞→=
x
x
in
i
v
r
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• Resistência de Saída:
• circuito equivalente AC abaixo para o cálculo da impedância
(resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0). Por
simples inspeção visual e λ = 0:
m
L
m
oL0vinout
g
1
//R
g
1
//r//Rr ≅==
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( ) 





−−= DSDSTHGSD VVVVI
2
1
β
( )2
2
THGSD VVI −=
β










−= 1exp
T
BE
oEE
V
V
JAI
(triode)
(sat)
oxC
L
W
µβ =
( ) =−= THGSm VVg β ( ) 5.0
2 DIβ
t
E
m
V
I
g =
BJT MOSFET
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Ex: Determinar:
•Ponto de operação
•Ganho de tensão para pequenos sinais
•Qual mínimo VDD que garante M1 na região de saturação?
Dados:
•VTH = 0.6V (tensão de limiar)
•µ = 420 cm2
/(V.s)
•Cox = 600nF/cm2
•λ = 0 (efeito modulação canal)
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( ) ( )22
6.01
2
1
2
−=−= oxTHGSD C
L
W
VVI µ
β
( ) ( ) mAVVI THGSD 12.16.01.n600.420
18.0
10
2
1
2
22
=−=−=
β
VmxRIVV DDDDS 14.112.15008.1 =−=−=
( ) VmAxVVg THGSm /6.54.0014.0 ==−= β
VVmxgmRAv D /8.25006.5 −=−=−=
VmRIVV
VVVV
DDDSATDD
THGSDSAT
96.050012.14.0
4.0
min =+=+=
=−=
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Collector current waveforms for transistors operating in (a) class A, (b) class B,
Estágios de Sáida (Estágios de Potência)
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(Continued) (c) class AB, and (d) class C amplifier stages.
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Estágios de Sáida (Estágios de Potência)
Classe A - Seguidor de Fonte
( )oLm
0ioutin
out
V
r//Rg
1
1
1
v
v
A
+
==
=
∞→=
x
x
in
i
v
r
m
L
m
oL0vinout
g
1
//R
g
1
//r//Rr ≅==
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Vin
VL
Vbe
- RL Is
Vcc - Vcesat
Vcc - Vcesat + Vbe
- RL Is + Vbe
Vin
VL
Vcc
-Vcc
Is
RL
Q1
~
Va
Vs
Rs
• Classe A (seguidor de emissor) com fonte de corrente
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Source: Razavi
• Bipolar Cascode Amplifier
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EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
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REFERÊNCIAS:
• Fundamentals of Microelectronics, B. Razavi, John Wiley
and Sons, 2006
• Microelectronic Circuits, A. Sedra and K. Smith, Oxford
university Press, 5th Edition, 2003

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  • 1. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Amplificadores Elementares Transistorizados Prof. Jader A. De Lima
  • 2. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Amplificadores Básicos (Estágio Simples) • Transistores Bipolares (BJTs) • Transistores MOS (MOSFETs)
  • 3. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Amplificador linear: A = d(Vout)/d(Vin) = constante
  • 4. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 5. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 6. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Attenuation Means loss of energy weaker signal When a signal travels through a medium it loses energy overcoming the resistance of the medium Amplifiers are used to compensate for this loss of energy by amplifying the signal.
  • 7. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Measurement of Gain/Attenuation To show the loss or gain of energy the unit “decibel” is used. dB = 10log10P2/P1 P1 - input signal P2 - output signal
  • 8. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Suppose a signal travels through a transmission medium and its power is reduced to one-half. This means that P2 is (1/2)P1. In this case, the attenuation (loss of power) can be calculated as A loss of 3 dB (–3 dB) is equivalent to losing one-half the power.       = 1 2 log20 V V AVdB       = 1 2 log20 I I AIdB A loss of 3 dB (–3 dB) is equivalent to losing 0.707 of voltage (current).
  • 9. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 10. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 11. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Decibel is also used to measure signal power in milliwatts. In this case, it is referred to as dBm and is calculated as dBm = 10 log10 Pm , where Pm is the power in milliwatts. A power level of 0 dBm corresponds to a power of 1 milliwatt. Ex: Power of a signal with dBm = −30.
  • 12. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 (a) Thévenin (b) Norton Representação de uma fonte de sinal
  • 13. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Amplificador de tensão como quadripolo • rin: resistência de pequenos-sinais de entrada • rout: resistência de pequenos-sinais de saída • Av : ganho de tensão em aberto Av = (Vout/Vin)
  • 14. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Caso prático: • carga do amplificador (RL) • Resistência da fonte de sinal (RS) • Há algum efeito no ganho total Vout/Vs?
  • 15. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Lout L invout Rr R VAV + = Sin in in Rr r VsV + = Lout L Sin in v out Rr R Rr r A Vs V ++ = atenuação do sinal
  • 16. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Exercício: determinar o ganho total na cadeia de 3 estágios. Verificar que o ganho total difere de 10 x 100 x 1
  • 17. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • modelo pequenos-sinais BJT • modelo pequenos-sinais MOSFET
  • 18. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Tipos de Amplificadores Amplificador de tensão Amplificador de corrente Amplificador de transresistenciaAmplificador de transcondutância
  • 19. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Typical magnitude response of an amplifier. |T(v)| is the magnitude of the amplifier transfer function - that is, the ratio of the output Vo(v) to the input Vi(v).
  • 20. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 1. Montagem Emissor-Comum (CE: common emitter) • terminal de emissor é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado à base • sinal de saída – em inversão de fase - é retirado do coletor Amplificadores Básicos a BJT
  • 21. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 22. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 23. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 24. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Ganho de tensão (condição de contorno: coletor em aberto): inmm C out vgvg R v ==− π Cm 0Ioutin out V Rg v v A −== = Observa-se que: i)em relação à entrada, a saída apresenta inversão de fase. ii)ganho AV é diretamente proporcional à transcondutância gm = IC/VT, sendo IC a corrente de DC do coletor e VT é a tensão térmica (@ 25mV@300o K).
  • 25. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Ex: no caso de Av = -38.5, tem-se as correspondentes formas de onda, para um sinal senoidal à entrada de amplitude de 2mV (admite-se que a alimentação VCC seja suficientemente alta para permitir a excursão de saída)
  • 26. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (condição de contorno: coletor em aberto, ou iout = 0): x x i r v = π E T E x x 0ioutin I V rr i v r β=β=== π=
  • 27. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de saída (condição de contorno: curto-circuito à entrada (vin = 0): π+= vg R v i m C x x C x x 0vinout R i v r ===
  • 28. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • A polarização de Q1 em sua região ativa é fundamental para que o amplificador opere em sua região linear. • O ponto quiescente Q é caracterizado por IBQ, ICQ e VCEQ
  • 29. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • formas de onda referentes a uma entrada triangular.
  • 30. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Polarização do transistor Equivalente Thévenin para cálculo do ponto quiescente
  • 31. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 → RTh = RB1 // RB2 VTh = VCC RB2 / ( RB1 + RB2 ) IB = (VTh - VBE ) / [ RTh + ( β+1) RE ] AV ≅ - (RC / RE ) → Presença de RE estabiliza o ganho • DC:
  • 32. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  Simulação com LTSPICE
  • 33. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  Ponto de Operação (Ponto Quiescente)
  • 34. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  Simulação AC (Pequenos Sinais)
  • 35. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 36. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  efeito da temperatura no ganho
  • 37. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 38. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  Simulação Transiente (Grandes Sinais)
  • 39. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 40. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018  FFT
  • 41. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 42. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 43. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 44. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 45. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 46. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 47. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 48. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 49. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 50. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 51. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 52. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 53. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 2. Montagem Base-Comum (CB: common base) • terminal de base é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado ao emissor • sinal de saída – em fase - é retirado do coletor
  • 54. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Ganho de tensão (coletor em aberto): π−= vgRv mCout π−= vvin Cm 0Ioutin out V Rg v v A +== = • Embora o ganho de tensão seja idêntico – em módulo – ao apresentado pela montagem CE, a saída está agora em fase com a entrada.
  • 55. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (coletor em aberto, ou iout = 0): E T E0ioutin I V rr ===
  • 56. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0): E EA o I V rcer ≅= oC0vinout r//Rr ==
  • 57. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 3. Montagem Coletor-Comum (CC: common collector) • terminal de coletor é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado à base • sinal de saída – em fase - é retirado do emissor • montagem CC também é chamada de seguidor de emissor
  • 58. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Ganho de tensão (emissor em aberto, Iout = 0): outin vvv += π E E EE EmEout r R v r 1 r 1 Rv r v vgRv ππ π π π ≅      β +=      +=           += 1 R r vv E E outin 1 R r 1 v v A E E 0ioutin out V + +== = • para rE << RE, tem-se um ganho de tensão aproximadamente unitário, estando os sinais de entrada e saída em fase.
  • 59. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (emissor em aberto, ou iout = 0): π π π π       +≅      ++= v r R 1 r v RgRvv E E EmEx ( )EE x E E E x x Rr v r r R 1 v r v i +β = β      + == π π ( )EE x x in Rr i v r +β==
  • 60. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0). Por simples inspeção visual:       +β +=      +β +== 1 R g 1 //R 1 R r//Rr S m E S eE0vinout
  • 61. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 +VCC -VCC Vi ~ RL QN QP Vo 3a. Estágio de Saída Push-Pull Classe B Estágio Push-Pull em Classe B Vi Vo - Vcc + Vcesatp Vcc - Vcesatn Vben Vbep crossover
  • 62. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 3b. Estágio de Saída Push-Pull classe AB (eliminar distorção de cruzamento) +VCC -VCC Vin ~ R3 R4 RL QN QP R2 R1 Q1Vbb CB Vo push-pull com multiplicador de VBE Vbb = VBE1 (1 + ( R2 / R1 ))
  • 63. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 1. Montagem Fonte-Comum (CS: common source) • terminal de fonte é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado à porta • sinal de saída – em inversão de fase - é retirado do dreno Amplificadores Básicos a MOSFET
  • 64. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Ganho de tensão (dreno em aberto): inm1m D out vgvg R v ==− Dm 0Ioutin out V Rg v v A −== = Observa-se que: i)em relação á entrada, a saída apresenta inversão de fase. ii)ganho AV é diretamente proporcional à transcondutância. Para o MOSFET na saturação, tem-se D GS D m I V I g β2= ∂ ∂ = ID: a corrente DC do dreno β = (W/L)µnCox : fator de ganho do transistor ( )2 2 THGSD VVI −= β
  • 65. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • MOSFET
  • 66. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 67. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 VDSat = VGS – Vt : saturation voltage
  • 68. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Ex: Av = -3.85, tem-se as correspondentes formas de onda, para um sinal senoidal à entrada de amplitude de 2mV.
  • 69. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (dreno em aberto, ou iout = 0): ∞→== x x 0ioutin i v r
  • 70. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de saída na condição de contorno de curto-circuito à entrada (vin = 0): gsm D x x vg R v i += D x x 0vinout R i v r ===Sendo vgs = 0,
  • 71. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • amplificador CS com resistor de degeneração de fonte RS, e respectivo circuito equivalente para pequenos-sinais. • A degeneração de fonte possibilita uma estabilização do ganho (Av = -RD/RS) S1m1in Rvgvv += Sm in 1 Rg1 v v + = D1mout Rvgv −= S m D Sm Dm in out R g 1 R Rg1 Rg v v + − + −= Impondo-se, por projeto, 1/gm << RS: S D in out R R v v −≅
  • 72. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 2. Montagem Porta-Comum (CG: common gate) • terminal de gate é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado à fonte • sinal de saída – em fase - é retirado do dreno gsmDout vgRv −= gsin vv −= Dm 0Ioutin out V Rg v v A +== = • Ganho de tensão (dreno em aberto):
  • 73. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (dreno em aberto, ou iout = 0): xm1mx vgvgi =−= mx x 0ioutin g 1 i v r ===
  • 74. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC abaixo para o cálculo da impedância (resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0):       +=+== oD x o x D x x r 1 R 1 v r v R v i oD0vinout r//Rr == D EA dso I V rr ≅=
  • 75. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 3. Montagem Dreno-Comum (CD: common drain) • terminal de dreno é comum a ambos os sinais de entrada e saída. • sinal de entrada é aplicado à porta • sinal de saída – em fase - é retirado da fonte • montegem CD também é chamada de seguidor de fonte
  • 76. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Ganho de tensão (fonte em aberto): o out L1mL o out 1mLout r v RvgR r v vgRv −=      −= 1mL o L out vgR r R 1v =      + 1outin vvv =− )vv(gR r R 1v outinmL o L out −=      + in omL L mL out v1 rgR R gR 1 v =      ++ ( )oLm 0ioutin out V r//Rg 1 1 1 v v A + == = • para ro >> RL e gmro >>1, tem-se um ganho de tensão aproximadamente unitário, estando os sinais de entrada e saída em fase.
  • 77. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Entrada: • circuito equivalente AC para o cálculo da impedância (resistência) de entrada (fonte em aberto, ou iout = 0): ∞→= x x in i v r
  • 78. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • Resistência de Saída: • circuito equivalente AC abaixo para o cálculo da impedância (resistência) de saída para curto-circuito à entrada (vin = 0). Por simples inspeção visual e λ = 0: m L m oL0vinout g 1 //R g 1 //r//Rr ≅==
  • 79. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 ( )       −−= DSDSTHGSD VVVVI 2 1 β ( )2 2 THGSD VVI −= β           −= 1exp T BE oEE V V JAI (triode) (sat) oxC L W µβ = ( ) =−= THGSm VVg β ( ) 5.0 2 DIβ t E m V I g = BJT MOSFET
  • 80. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Ex: Determinar: •Ponto de operação •Ganho de tensão para pequenos sinais •Qual mínimo VDD que garante M1 na região de saturação? Dados: •VTH = 0.6V (tensão de limiar) •µ = 420 cm2 /(V.s) •Cox = 600nF/cm2 •λ = 0 (efeito modulação canal)
  • 81. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 ( ) ( )22 6.01 2 1 2 −=−= oxTHGSD C L W VVI µ β ( ) ( ) mAVVI THGSD 12.16.01.n600.420 18.0 10 2 1 2 22 =−=−= β VmxRIVV DDDDS 14.112.15008.1 =−=−= ( ) VmAxVVg THGSm /6.54.0014.0 ==−= β VVmxgmRAv D /8.25006.5 −=−=−= VmRIVV VVVV DDDSATDD THGSDSAT 96.050012.14.0 4.0 min =+=+= =−=
  • 82. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Collector current waveforms for transistors operating in (a) class A, (b) class B, Estágios de Sáida (Estágios de Potência)
  • 83. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 (Continued) (c) class AB, and (d) class C amplifier stages.
  • 84. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Estágios de Sáida (Estágios de Potência) Classe A - Seguidor de Fonte ( )oLm 0ioutin out V r//Rg 1 1 1 v v A + == = ∞→= x x in i v r m L m oL0vinout g 1 //R g 1 //r//Rr ≅==
  • 85. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Vin VL Vbe - RL Is Vcc - Vcesat Vcc - Vcesat + Vbe - RL Is + Vbe Vin VL Vcc -Vcc Is RL Q1 ~ Va Vs Rs • Classe A (seguidor de emissor) com fonte de corrente
  • 86. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 Source: Razavi • Bipolar Cascode Amplifier Cascode Amplifiers
  • 87. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 88. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 89. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 • MOSFET Cascode Amplifier Source: Razavi
  • 90. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018
  • 91. EEL 7303 – Circuitos Eletrônicos AnalógicosJader A. De Lima UFSC, 2018 REFERÊNCIAS: • Fundamentals of Microelectronics, B. Razavi, John Wiley and Sons, 2006 • Microelectronic Circuits, A. Sedra and K. Smith, Oxford university Press, 5th Edition, 2003