Andar de amplificação com transistor MOS

[djthyrax]

Boas, estou aqui a resolver uns exercícios de exame e deparei-me com isto:

http://img818.imageshack.us/img818/3091/capturarmy.png

1.1 Calcule o ponto de funcionamento em repouso do transístor.

1.2 Determine o modelo incremental da montagem.

1.3 Calcule a resistência de entrada (Ri), resistência de saída (Ro) e ganho da montagem em dB.

1.4 Calcule o valor maximo de Vi para termos a saida sem distorção.

1.5 Como poderia aumentar o ganho da montagem.

1.6 Qual a função do condensador Cs. Se Cs não existisse quais seriam as implicações.

Alguma dica de como resolver isto? É que não me lembro de nada de transistores MOS :X

[bubulindo]

Eu só usei MOSFETs em electrónica de potência (como interruptores, basicamente), mas assim de repente o primeiro passo é simplificar o circuito para saberes a tensão na gate do transistor.

Isso dá-te também a resistência de entrada e a resistência de saída.

Depois de teres isso, a saída vai depender do ganho do transistor... aí é que não sei exactamente como se calcula nestes transistores. talvez com aquele k? O transistor deixa passar 2mA por V de Vgd?

[djthyrax]

Sinceramente não faço ideia. Estive a ver a pseudo-sebenta fornecida e na parte da zona de saturação encontrei : ID = kn*(Vgs-VT)^2. Nuns diapositivos mais à frente encontrei:

Vt -> -2 mV/ºC

k baixa com a temperatura

|

\/

ID baixa com o aumento da temperatura

e

Efeito da resistência de saída

ID = k (Vgs-Vt)^2*(1+lambda*Vds)

lambda^-1 = Va

ro ~~ Va/ID=1/(lambda*ID)

[pedrotuga]

Viva,

Depois das minhas aulas de electrónica nunca cheguei a aplicar isto, mas parece-me um exercício típico, deixa-me ver se me lembro de alguma coisa. Mas por algum motivo que desconheço, no meu curso deu-se prioridade a BJTs em vez de mosfets. Mas deixa ca ver.

1.1 - Se bem me lembro o que é pedido aqui é a analálise do circuito em corrente contínua. Ou seja, os condensadores são considerados circuitos abertos porque a sua resistência em corrente contínua é infinita.

Ficas só com o transistor, R1, R2, Rd e Rs. Uma vez que a corrente da gate para o dreno é despresável, podes considerar que a corrente em R1 e R2 é a mesma. Assim podes utilizar a fórmula do divisor de tensão para calcular a tensão na gate.

Agora falta-te saber a corrente no dreno e/ou a tensão source-dreno. Mas não me lembro como se calculava.

1.2 - Aqui acho que o que é pedido é, tendo em conta o ponto de funcionamento da alínia anterior, calcular o efeito que um pequeno incremento de sinal na entrada faz à saída.

Tens que substituir  V_i por V_I + v_s (repara nas maíusculas e minúsculas) em que V_I  é a componente contínua da tensão de entrada e v_s é um pequeno incremento de sinal.

Substitui o mosfet pelo seu circuito equivalente (infelizmente já não sei qual é 😛 )

Calcula V0 em função de v_s. Se reparares, V0 só tem componente de sinal, por causa do condensador C2.

1.3. Se tiveres feito as alínias anteriores, esta é relativamente facil, basta aplicares o conceito de decibel ao valor do ganho linear. Ou seja, queres obter o valor do ganho logarítmico. O ganho linear é naturalmente a V0/v_s.

A fórmula para o ganho em decibéis é:

G = 20 log(vi/v0)

1.4 - já não me lembro de como se fazia isto. O meu instinto diz-me que deves ter que analisar o circuito em conrrente contínua para o valor máximo de corrente no transistor (source-dreno). Agora como se obtem essa corrente sinceramente não me lembro. Talvez tenha alguma coisa a ver com esses 60v.

1.5 -  Tens que olhar para o ganho. Se bem me lembro o ganho de uma montagem destas é uma função simples de R1 e R2. É mudar uma delas. Aqui o tenta mante-las mais ou menos na casa dos 5-15 kohm. Por exemplo neste caso, evita baixar R2, mexe antes em R1 nesse caso. Há professores que ligam a estas piquices.

1.6 - Mais uma vez, pelo meu instinto de engenhocas. Parece-me que é poder polarizar o transistor mas permitir que o ganho em sinal seja alto. Se reparares, é um condensador com uma capacidade elevada, o que quer dizer que para a componente de sinal, é praticamente um curto circuito. Isto permite que a componente de sinal de corrente no transistor seja muito maior do que se tivesse que atravessar R2.

Mas isto é o meu instinto de engenhocas/electricista.

Pena não me conseguir lembrar de um elemento chave que basicamente te empanca o exercício todo. Se tivesse os meus apontamentos aqui comigo vi já isso. Estudar este tipo de exercício pratico por livros teóricos não costuma ser muito eficaz. Os livros de electrónica entram com muita teoria e divagam com muitas variáveis que acabas por simplificar (ou nem são consideradas) neste tipo de exercício.

O melhor é mesmo ver um exercício do mesmo tipo. É frustrante quando nem isso se tem para estudar.

Se por acaso estiveres desesperado e fores ver num livro. Para FETs eu aconselho o Milman em vez do Sedra/Smith. Este último só te deixaria mais confuso.

De qualquer das formas, pensa num transistor como um componente que é atravessado por corrente entre a source e o dreno. O valor dessa corrente é controlado por um pequeno sinal aplicado à gate. Uma simplificação que muitas vezes se faz é: Corrente gate-dreno << corrente source dreno. Assim podes desprezar a primeira quando aparecem como parcelas.

É a ajuda que consigo dar neste momento :/

EDIT: Oh well, depois de googlar um pouco, encontrei este link

http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_3.html

que explica basicamente o que escrevi, mas continuam a faltar modelos importantes.

EDIT2:Ok, fiquei tambem eu curioso. Pesquisei mais um pouco, encontrei um exemplo que tem lá o calculo dos parâmetros todos!

http://www.ittc.ku.edu/~jstiles/312/handouts/Example%20Another%20MOSFET%20Small-Signal%20Analysis.pdf

O circuito não é igualzinho, mas tem lá tudo o que precisas. Lê a resolução do principio ao fim, deve chegar. Toma especial atenção às simplificações, se não perceberes alguma pergunta, se bem que eu tenho que ir xonar B)

[djthyrax]

Obrigado, já se fizeram meia dúzia de pequenas luzinhas na minha cabeça, apesar de fraquinhas. 😛 A sebenta fornecida não passa de gráficos e fórmulas, texto útil para perceber é 0. A bibliografia da sebenta tem o livro do Sedra/Smith. O meu maior problema é que ele resolveu exercícios nas aulas, mas faltam-me bastantes. Se os tivesse, ainda tinha qualquer coisa onde me agarrar, assim é complicado. Vamos ver...

Mesmo assim, obrigado. Vou deixar este exercício de transistores MOS para trás e tentar resolver alguma coisa com os bipolares, pois esses é que costumam sair mais. B)

[djthyrax]

Em relação a este exercício, e respondendo ao bubulindo, no PFR faz-se a análise em DC (saem fora os condensadores) e a corrente no dreno é calculada com recurso à expressão ID = k(Vgs-Vt)^2, em que o k é uma condutância (http://en.wikipedia.org/wiki/Siemens_%28unit%29)

Tinha aqui um exercício um pouco diferente com MOS escondido e assim de forma geral, o PFR para os MOS faz-se assim:

-> Simplificação do circuito

-> Verificação se o transistor está na zona de saturação: VDS >= VGS-VT. Se estiver, ID = k(VGS-VT)^2. Se não estiver, ou está ao corte (ID=0) ou está na zona de triodo. O resto (tensões) é bastante intuitivo.

[pedrotuga]

Obrigado, já se fizeram meia dúzia de pequenas luzinhas na minha cabeça, apesar de fraquinhas. 😛 A sebenta fornecida não passa de gráficos e fórmulas, texto útil para perceber é 0. A bibliografia da sebenta tem o livro do Sedra/Smith. O meu maior problema é que ele resolveu exercícios nas aulas, mas faltam-me bastantes. Se os tivesse, ainda tinha qualquer coisa onde me agarrar, assim é complicado. Vamos ver...

Mesmo assim, obrigado. Vou deixar este exercício de transistores MOS para trás e tentar resolver alguma coisa com os bipolares, pois esses é que costumam sair mais. B)

vê o link do EDIT2, tem lá tudo o que é preciso.

[djthyrax]

vê o link do EDIT2, tem lá tudo o que é preciso.

Obrigado. 😛

[edsudani]

http://img818.imageshack.us/img818/3091/capturarmy.png

1.5 Como poderia aumentar o ganho da montagem.

1.6 Qual a função do condensador Cs. Se Cs não existisse quais seriam as implicações.

Boas djthyrax

Se a simbologia estiver certa o circuito possui um transistor IGFET do tipo Depleção com substrato N e portanto Canal tipo P (a seta aponta para fora do substrato).

Neste caso a polarização do Dreno receberia uma fonte de tensão negativa em relação ao Source e não positiva como indicado.

O link postado por pedrotuga (edit2) é muito bom está completo.

Vamos considerar o seu ítem 1.6 inicialmente:

Podemos perceber que  trata-se de um amplificador de corrente alternada por ter  condensadores de bloqueio da componente contínua do sinal de entrada (C1) e do sinal de saída (C2).

Além disso Cs proporciona um caminho fácil para as correntes alternadas de baixa frequência aumentando o ganho do circuito para estas frequências.

Para frequências baixas Cs comporta-se como um curtocircuito "ligando" o Source do transistor diretamente ao terra do circuito.

Removendo Cs alteramos o ganho do circuito, ou seja, o nível de saída vai diminuir muito para as baixas frequências.

Também poderiam surgir implicações com respeito a impedância de entrada nessas freq.

Desacoplar Rs com Cs também é denominado de Autopolarização por Derivação de corrente.

Toda variação de corrente de dreno através do resistor de fonte influi na polarização do Gate.

A voltagem de polarização de Gate é desenvolvida pelo fluxo de corrente de Dreno através do resistor de fonte, Rs.

Daí a importancia desse capacitor na estabilização do circuito.

Com respeito ao ítem 1.5 :

Alteramos o valor de Rs para menos de 1,6K tendendo para Zero Ohm.

Note que isto alterará todo comportamento do circuito, ex: o ponto quiescente, que é o local mais linear na reta de carga, pois vai alterar Vsg e Id podendo causar distorsões comprometedoras.

Observe RL = Zout para melhor rendimento.

Edison