1

Amplificadores OperacionaisAula 16

2

PSI 2306 –EletrônicaProgramação para a Segunda Prova

3

16ª Aula: Amplificadores Diferenciais com

Transitores MOS

Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Explicar como funcionam os circuitos internos de entrada dos AOs (circuitos diferenciais)

- Analisar circuitos diferenciais quando aplicam-se:

-Sinais comuns às Entradas-Sinais diferenciais de grande amplitude às Entradas-Sinais diferenciais de pequena amplitude às Entradas

4

Amplificadores Operacionais

idvov

2 1idv v v v v

2 1( )O d id dv A v A v v

Como fazer o circuito de entrada do Amp Op???

Através de circuitos amplificadores Diferenciais!!!

5

Amplificadores DiferenciaisPar Diferencial MOS

6

EquaEquaçções de Iões de IDD=f(V=f(VGSGS, V, VDSDS) de 1) de 1aaOrdemOrdem

•Região Triodo: 0< vDSvGS-Vt

2

2 DS

D n GS t DS

vWi k v V v

L

•Região de Saturação: 0< vGS-VtvDS

2

2GS t

D n

v VWi k

L

onde oxn

ox

oxn .Cμx

εμnk

(Parâmetro de Transcondu-tânciado processo [A/V2])

NMOSFETNMOSFET

•Região de Corte: vGSVtou vGS-Vt0 iD=0

1

( )

( )

D n ox GS t DS

DS n ox GS t

Wi C v V v

LW

r C v VL

Linear ( se vDS<< vGS-Vt)Parabólica

7

Amplificadores DiferenciaisOperação com uma Tensão de Entrada Comum

´ 21( )

2 2 n GS t

I Wk V V

L

Variando-se VCM, o valor de VD1 – VD2 continua zero!

Dado um VCM, para garantir que Q1, Q2 em saturação:

2CMmax t DD D

Iv V V R

min min ( )CM SS CS t GS tv V V V V V

E para garantir um VCS minimo para I operar adequadamente:

0 ( )GS t DSv V v NMOS

VCSmin

8

11

Amplificadores DiferenciaisOperação com uma Tensão de Entrada Diferencial

1 2id GS GSv v v

2 10; ( ) 0id D DSev v v

Qual vid faz I circular toda por um dos transistores?

´ 2

´1 1

1Quando ( ) , ,

2

para Q , quando 2 / ( / )

n GS t

GS t n

WI k v V ou

L

v V I k W L

max 1e portantopara id GS Sv v v

ID1max ID2=0

VGS2 = Vt

max 1id GS tv v V

´max 2 / ( / )id t n tv V I k W L V

´max 2 / ( / )id nv I k W L

2( ) 2( )GS t id GS tV V v V V

Como amplificador linear: 1/ 2id GS tv v V

/ 2 .id D D Dv I I I I V I R / 2 .id D D Dv I I I I V I R

vidmax = – Vt

2 1 2 .O D D Dv v v I R

´ 21( )

2 2 n GS t

I Wk V V

L max 2( )id GS tv V V

12

Amplificadores DiferenciaisAs curvas de transferência ID1 e ID2 em função de vid

1 2 1 2GS GS G G idv v v v v

1 2

1

2'

D D n id

WI I k v

L

21 1

1

2' ( )D n GS t

Wi k v V

L 2

2 2

1

2' ( )D n GS t

Wi k v V

L

1 2D DI I I

2

1

21

2 2'

'

( / )

/

id idD n

n

v vI Wi k I

WL I kL

2

1

21

2 2'

'

( / )

/

id idD n

n

v vI Wi k I

WL I kL

2

2

21

2 2'

'

( / )

/

id idD n

n

v vI Wi k I

WL I kL

21 2

12

2 '

D D n id

WI I I k v

L

1 2

1 2

0 2/id D D

GS GS GS

Quando v i i I

e v v V

0

2 2

2

1 1

2 2 2´ ´

´

( ) ( )

( )

idv

D n GS t n GS t

nGS t OV

W I Wi k v V k V V

L LW I I

kL V V V

Grandes Sinais

13

Amplificadores DiferenciaisAs curvas de transferência ID1 e ID2 em função de vid

1 2 1 2GS GS G G idv v v v v

21 1

1

2' ( )D n GS t

Wi k v V

L 2

2 2

1

2' ( )D n GS t

Wi k v V

L

2

1

21

2 2'

'

( / )

/

id idD n

n

v vI Wi k I

WL I kL

2

2

21

2 2'

'

( / )

/

id idD n

n

v vI Wi k I

WL I kL

'/OV GS t n

WV V V I k

L

2

1

21

2 2

( / )id idD

OV OV

v vI Ii

V V

2

2

21

2 2

( / )id idD

OV OV

v vI Ii

V V

Grandes Sinais

14

Amplificadores Diferenciais2

1 21 11

2 2

( / )id idD

OV OV

v viI V V

22 21 1

12 2

( / )id idD

OV OV

v viI V V

2id

OV

vV

1 2 2id

DOV

vI Ii

V

2 2 2id

DOV

vI Ii

V

se

di

Grandes Sinais

Pequenos Sinais

2( ) 2( )GS t id GS tV V v V V

15

Amplificadores Diferenciais

2id

OV

vV

1 2 2id

DOV

vI Ii

V

2 2 2id

DOV

vI Ii

V

VOV aumenta excursão de vid para peq sinais•reduz o ganho

. .( )

2 / ( )

DSm n GS t

GS

D OV GS t

I Wg k V V

V L

I V V V

mg

Grandes Sinais

16

Amplificadores Diferenciais

21 21 1

12 2

( / )id idD

OV OV

v viI V V

22 21 1

12 2

( / )id idD

OV OV

v viI V V

2

idOV

vV

1 2 2id

DOV

vI Ii

V

2 2 2id

DOV

vI Ii

V

2id

dOV

vIi

V

2 id

d m

vi g

Pequenos SinaisGrandes Sinais

2 d

Ii

2 d

Ii

17

Amplificadores DiferenciaisPequenos Sinais: Ganho Diferencial

2DSm n GS t

GS

I Wg k . .(V V )=

V LD

OV

IV

2 2 2DSm

GS

I ( / )g

VD

OV OV OV

I I IV V V

2 id

m D

vg R

2 id

m D

vg R

1 1

2O

m Did

vg R

v 2 1

2O

m Did

vg R

v

2 1O Od m D

id

v vA g R

v

2id

OV

vV

1 2 2id

DOV

vI Ii

V

2 2 2id

DOV

vI Ii

V

1 2 2

idD m

vIi g

2 2 2

idD m

vIi g

Pequenos Sinais

abertoid

2 1O Od m D

id

v vA g R

v

didi

18

Amplificadores DiferenciaisGanho Diferencial – Dedução Alternativa

19

Amplificadores DiferenciaisEfeito de rO dos MOSFETs

pequenos sinais

meio circuito diferencial! 1 2/o m D o idv g R r v

2 2/o m D o idv g R r v

o m D o idv g R r v

20

Amplificadores DiferenciaisExercício 7.4