CAP. 1 AMPLIFICADORES DIFERENCIAIS E DE M

1
CAP. 1AMPLIFICADORES DIFERENCIAIS E DE MÚLTIPLOS
ESTÁGIOS
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OBJETIVOS

• Analisar a operação do amplificador diferencial
• Entender o significado de tensão de modo
  diferencial e de modo comum
• Determinar as características de pequenos sinais
  do amplificador diferencial
• Analisar e projetar amplificadores diferenciais
  com cargas ativas
• Analisar e projetar amplificadores com múltiplos
  estágios

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INTRODUÇÃO
DIAGRAMA EM BLOCOS
CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO
1O ESTÁGIO (DIFERENCIAL)
ESTÁGIO DE SAÍDA
VI
2O ESTÁGIO
VO
4
1.1 CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO
ESPELHO DE CORRENTE MOS
5
Efeito de VO sobre IO
6
Circuito guia de corrente CMOS
7
ESPELHO DE CORRENTE COM TBJ
Para ?gtgt1
8
Considerando o efeito Early
9
Uma fonte de corrente simples
VCC
Modelo equivalente CC, válido para Q2 na região
ativa
10
Circuitos guias de corrente
Considerando todos os transistores idênticos e ?
muito alto
11
1.2 AMPLIFICADOR CASCODE
AMPLIFICADOR CASCODE MOS
Modelo de pequenos sinais
12
Modelo de pequenos sinais para determinação de Ro
13
AMPLIFICADOR CASCODE TBJ
Ex. Determinar a resistência de saída
14
AMPLIFICADOR FOLDED CASCODE
15
1.3 CONFIGURAÇÃO DARLINGTON
Mostre que ?D ?1 ?2
16
Seguidor de tensão usando a Configuração
Darlington
Fonte I para garantir ?1 elevado
17
1.4 CONFIGURAÇÃO CC-BC e DC-GC
Coletor comum base comum
Análise
18
Dreno comum porta comum
Análise
19
1.5 Circuitos Melhorados de Espelhos de Corrente
Espelho cascode MOS
20
Espelho de corrente com compensação da corrente
de base
21
Espelho de corrente de Wilson
A vantagem deste espelho de corrente é sua maior
resistência de saída RO
Problema erro devido ao efeito Early
22
Espelho de corrente de Wilson melhorado
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Fonte de corrente de Widlar
24
ExemploVCC10VIO10?A
a) Fonte de corrente simples Assumindo VBE0.6V
b)Fonte de corrente de Widlar Escolhendo IREF1mA
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Resistência de saída da fonte de corrente de
Widlar
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1.6 PAR DIFERENCIAL

• CONSIDERAÇÕES
• Fonte de corrente ideal
• Transistores e resistores casados
• Transistores na região ativa
• Resistência de saída do TBJ infinita

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TENSÃO DE MODO COMUM
28
OPERAÇÃO COM GRANDES SINAIS
29
Análise de grandes sinais
vE
30
CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA
? ? 1
31
1.6.2 PAR DIFERENCIAL COM TRANSISTOR MOS
Q1 ? Q2 Q1 e Q2 saturados Fonte de corrente
ideal VA ? ?
32
Combinando as equações 1, 2 e 3 e considerando
que no ponto quiescente
tem-se
33
Característica de transferência normalizada do
par diferencial MOS
34
1.6.3 OPERAÇÃO COM PEQUENOS SINAIS
35
(No Transcript)
36
SEPARAÇÃO DO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL EM DUAS
METADES
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CIRCUITO EQUIVALENTE DE PEQUENOS SINAIS
38
Análise de pequenos sinais
Ganho de modo diferencial
Obs. Se a saída tomada for simples o ganho
diferencial será
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Ganho de modo comum
vc1vc2vocm
40
Meio circuito equivalente AC para análise de
modo-comum
41
CMRR razão de rejeição de modo comum
Os sinais de entrada contêm usualmente uma
componente de modo diferencial e uma de modo comum
42
Resistência de entrada de modo diferencial
Resistência de entrada de modo comum
As correntes de pequenos sinais que fluem quando
tensões diferenciais e de modo comum são
aplicadas são
43
Circuito equivalente de pequenos sinais para
entrada de um amplificador diferencial diferencial
Modelo ?
Modelo T
44
Exemplo
VCC 15 V RC 10 k? RE 150 ? R 200k? I 1
mA

45
1.6.4 OPERAÇÃO COM PEQUENOS SINAIS DO AMP. DIF.
MOS
46
Operação em pequenos sinais do amp. dif. MOS
47
Ganho de modo diferencial
Considerando saída simples
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Ganho de modo comum (considerando saída simples)
49
CMRR (considerando saída simples)
Resistência de entrada de modo diferencial
Resistência de entrada de modo comum
50
1.6.5 CARACTERÍSTICAS NÃO IDEAIS DO AMPLIFICADOR
DIFERENCIAL
Tensão de offset (VOS)
VCC
RC1
RC2
0V
Q2
Q1
I
-VEE
VOS é a tensão que deve ser aplicada à entrada de
modo que a tensão na saída seja igual a zero
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VOS é devida ao descasamento nos resistores e nos
transistores
ANÁLISE 1) Descasamento nos resistores e
transistores casados
52
2) Descasamento nos transistores e resistores
casados
53
Correntes de polarização de offset de entrada
Perfeitamente simétrico
Descasamento em ?
Corrente de offset
54
Correntes de polarização IB
Exercício Para um amplificador diferencial com
TBJ utilizando transistores com ?100, com
casamento máximo de 10, e casamento de áreas de
10 ou melhor, e resistores de coletor com
casamento de 2 ou melhor, encontre os valores de
VOS, IB e IOS. A corrente de polarização CC é de
100 mA.
55
Tensão de offset
Descasamento em RD, W/L e Vt
1. Descasamento em RD
Dividindo pelo ganho gmRD
56
2. Descasamento em W/L
57
Exemplo 6.3 Sedra Smith (p. 484)
58
1.7 O AMPLIFICADOR DIFERENCIAL COM CARGA ATIVA
Q1 ?Q2 e Q3 ?Q4 Vo é tal que Q2 e Q4 operam na
região ativa IB desprezível
VCC
Q4
Q3
iO
iC4
iC3

iC2
iC1
Q1
Q2
I
-VEE
Transcondutância em curto-circuito
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Ganho de tensão em circuito aberto
Modelo para pequenos sinais
60
Amplificador diferencial CMOS com carga ativa
VSS
61
Amplificador diferencial cascode
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Amplificador diferencial cascode com carga ativa
espelho de Wilson
Exercício Para o amplificador da figura
determine Ri, Gm, Ro e o ganho de tensão em
circuito aberto. Dados I 0,2 mA ? 200 VA
100 V
63
1.8 AMPLIFICADOR OPERACIONAL BIPOLAR
64
Exemplo 6.3 Sedra Smith (p. 484)
65
1.9 AMPLIFICADOR OPERACIONAL CMOS