IE327 – Prof. Jacobus

Cap. 8

Modelagem de Pequeno Sinalpara Baixas e Médias

Freqüências

(parte 2)

8.3 Modelo de Pequeno Sinal para a parte Intrínseca em Freqüência Média

- Anteriormente, considerou-se um pequeno sinal de Baixa Freqüência variando ao redor das tensões d.c. . Desprezou-se o “Efeito de Carga Armazenada”.

Mas o que é “Efeito de Carga Armazenda” ?

t

QI

V

QC

Antes (sempre),havia isso...

- Agora (seção 8.3), considera-se “Operação Quase- Estática” e leva-se em conta parte do “Efeito de Carga Armazenda”.

Aplicar-se-á Média Freqüência…

P1.: Mas o que é “Operação Quase - Estática” R1.: Os vários valores de tensão ocasionarão valores de corrente e cargas elétricas como se fossem grandezas d.c.

P2.: Não é estranho as correntes continuarem a ser como se as tensões fossem d.c. e não serem a soma de uma componente devido aos capacitores com as próprias correntes d.c. ?

- Será considerado inicialmente apenas a parte Intríseca e na seção 8.4 adiciona-se os efeitos da parte Extrínseca.

- A “Ionização de Impacto” é desconsiderada...Essa é aquela que foi considerada nas seções anteriores deste capítulo, que produziamuma corrente .

DBI

8.3.2 - Capacitâncias Intrínsecas.

O índice “0” aolado das grandezassignifica “Ponto Quiescente”.

( Fig. 8.15 a ) Transistor polarizadoCom 4 tensões d.c. em um certo pontode operação.

( Fig. 8.15 ) Medida dasCapacitânciasIntrínsecas.

Considera-se:

-Inv. Forte;

-Aumento detensões;

-“Estado Permanente”das tensões deantes e depoisda variação.

S

Ggs V

QC

S

Bbs V

QC

( Fig. 8.15 b ) Efeito de um pequeno Aumento na Tensão de Fonte (Vs).

Capacitâncias surgidas devido a SV :

0 BIoG QQQQ

0 BIG QQQ

Do cap. 3

( Fig. 8.16 ) Significado de Cgs , a Capacitância Intrínseca de gate-sourcepara pequeno-sinal.

Apresentação em detalhede uma das capacitânciassurgidas devido a variaçãode tensão na Fonte...

D

Ggd V

QC

D

Bbd V

QC

( Fig. 8.15 c ) Efeito de um pequeno aumento na Tensão de Dreno (Vd).

Capacitâncias surgidas devido a DV :

0 BIoG QQQQ

0 BIG QQQ

Do cap. 3

B

Ggb V

QC

( Fig. 8.15 d ) Efeito de um pequeno aumento na Tensão de Corpo (Vb).

Capacitâncias surgidas devido a BV :

0 BIoG QQQQ

0 BIG QQQ

Do cap. 3

0 CG QQ

S

Ggs V

QC

S

Bbs V

QC

D

Ggd V

QC

D

Bbd V

QC

B

Ggb V

QC

BDG VVVS

Ggs V

QC

,,

BDG VVVS

Bbs V

QC

,,

BSG VVVD

Ggd V

QC

,,

BSG VVVD

Bbd V

QC

,,

DSG VVVB

Ggb V

QC

,,

(8.3.1)

(8.3.2)

(8.3.3)

(8.3.4)

(8.3.5)

Circuito Equivalente de Pequeno Sinal

( Fig. 8.17 ) Simples Circuito Equivalente de Pequeno Sinal para o transistor mos.

- Princípio da não-interferência :

Exemplo:SV Causa uma

cargano terminal g.

e não interferem noEfeito Capacitivo de . O

Sgs VC

gdC gbC

gsC 0Vneles.

Até quanto é Freqüência Média ?

Trabalhando na Inversão Forte, pode-se dizer que o limite superior de freqüência é PROPORCIONAL ( não igual ) a:

2L

VV TGSo

( 8.3.6 )

o1,0 o5,0ou atéExemplo: Limite de validade

Agora, vou ter que desenvolver as 5 capacitâncias obtidas anteriormente...Ou seja, colocá-las em termos de tensões nos terminais...

P.: Como fazer isso ? É complicado ? R.: Isso será realizado considerando-se as 3 regiões de inversão separadamente e usando as equações de Cargas Elétricas já desenvolvidas ao longo do Capítulo 4 e Capítulo 7....

Se usarmos as equações do Modelo Completo de Cargas, as novas esquações resultantes serão complexas, mas, usando-se o Modelo Simplificado de Cargas ( sec. 4.5.3 ) ficará mais simples e ainda assim aceitável.

Para a Inversão Forte :

1

1

3

21

1 2'

TGSSBooxB VVVWLCQ

oSBo

TGSoxG QV

VVWLCQ '

2'

1

1

3

21

(7.4.15)

(7.4.17)

BDG VVVS

Ggs V

QC

,,

BDG VVVS

Bbs V

QC

,,

BSG VVVD

Ggd V

QC

,,

BSG VVVD

Bbd V

QC

,,

DSG VVVB

Ggb V

QC

,,

Para a Inversão Forte : (continuação)

SB

T

SBo dV

dV

V

1

211

Dependendo do valor escolhido para α, as derivadas podem ser complexas ou não !(Faz-se, então, duas considerações):

Adota-se α = α1 (como no Cap. 4)

e considera-se que a variação de α1 com VSe VB é desprezível. P.:Qual a motivação dessa última “assumption” ?R.: Fazer α1 uma constante.

Para a Inversão Forte : (continuação)

Após todas essas considerações, obtém-se:

O Porquê Matemático do comportamento dos gráficos anteriores :

Lembrar-se: Aumenta VSB, o VGSDiminui.... VGB = VGS+VSB

Como ficam as Capacitâncias na Inversão Fortee Não-Saturação :

0DSV 1eConsideração:

O Porquê intuitivo dos valores das capacitânciasna Não-Saturação :

Lembrar-sedo significadoFísico da“Capacitânciade Junção”(Cap. 1), paraexplicarporque Cgb=0

BI QQ ''

Como ficam as Capacitâncias na Inversão Fortee Saturação :

DSDS VV ' 0eConsideração:

Inversão Moderada:

Não tem equações de cargas desenvolvidasespecificamente para essa região...

Por isso, é melhor desenvolver equaçõesde capacitância a partir de um “ModeloGeral de Cargas” para, assim, tambémavaliar a Inversão Moderada.

Expressões para Inversão Moderada serão vistas adiante.

Inversão Fraca:

FBGBoxB VVWLCQ

42

2'

oBG QQQ

(7.4.33)

(8.3.5)

DSG VVVB

Ggb V

QC

,,

(7.4.34)

0 bsbdgsgd CCCC (8.3.33)

FBGB

oxgbVV

CC

42 2

(8.3.32)

Modelo Geral de Folha de Cargas

Depleção

FBGB

oxgbVV

CC

42 2

(8.3.36)

Acumulação

MSGBoxG VWLCQ '(7.4.51)

DSG VVVB

Ggb V

QC

,,

oxgb CC (8.3.37)

Quando VGB está muito perto de VFB, a consideraçãode uma fina folha de cargas acumuladas se desfaz...

Efeitos de Pequena Dimensão-Saturação de velocidade, modulação de canal, cálculos 2D.-As expressões de Carga levam em conta valoresefetivos para contornar os efeitos.

Capacitâncias Extrínsecas

gseC

gdeC

bseC

bdeC

sdeC

gbeC

Capacitância de gate

ogdegse WCCC ''

obgbe LCC ''2

É multiplicadopor 2, poisC’’ob é a contribuiçãode cada lado docanal

Capacitância de junção

bseC

bdeC

jscjsfSjsSbse WCClCAC '''''

jscjsfSjsSbse WCClCAC '''''

Capacitância de junção (ou seja, substrato)

Capacitância de proximidade de Fonte e Dreno

sdeC

Difícil de avaliar, mas pode ser desprezado !Exceto para canal curto

P.: Por que é difícil avaliar ?R.: Por causa das paredes de source e drain serem não – retas.