CIRCUITI
ANALOGICI
Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo
A.A. 2014-2015
Polarizzazione di un MOSFET
in un amplificatore
VGG = VGS
VDD = VDS + RD ID
VDD /RD
VDS
?
VDD
vds
vDS
Come si sposta il punto di riposo
sulle caratteristiche?...
D
VGS
DD
id
D
D
VGS [V]
VGS
DS
DD
vds
vgs
DS
Principio di funzionamento di un
amplificatore a FET
Limiti di funzionamento
Analisi di amplificatori
principio di sovrapposizione degli effetti
A
M
P
L
analisi statica
analisi dinamica
I
F
I
C
calcolo tensioni
calcolo ampiezze
A
e correnti di
tensioni e correnti
Z
polarizzazione
variabili d’uscita
I
O
N
E
tensioni d’alimentazione
e aprendo
i rami
cortocircuitando ilegeneratori
variabili di tensione
indipendenti
con
correnti
d’alimentazione
e
aprendo
i rami
con generatori variabili di corrente indipendenti
Analisi statica: reti di polarizzazione
Correnti e tensioni in un transistor NON sono indipendenti tra loro
una (o più) grandezze imposte
dalla rete di polarizzazione esterna
le altre…
VDS = VDG + VGS
(equazioni di maglia)
IG  0

I D  I S
(FET)
Polarizzazione fissa di gate
Polarizzazione automatica
VGS = VG – VS = – RSID
1/RS
Polarizzazione a 4 resistenze
R2
VTH
VDD
S =VTH – VGS
R1  R2
RTH
V
TH
R1 R
VS VTH
2VGS
RI TH
D I R
S 1// R2 
RS R1 RSR2
Polarizzazione con generatore di
corrente costante
ID = IO
corrente di drain indipendente
da VGS
=
IO
I O  costante
Quale rete di polarizzazione?
MOSFET ad arricchimento:
per ottenere una corrente, la
tensione VGS deve essere superiore a
Vt (numero positivo).
polarizzazione automatica
G a massa
S positiva
polarizzazione tramite generatore di corrente costante
polarizzazione a 4 resistenze
Analisi dinamica: modello equivalente
di un FET
iD  K vGS  Vt 
G
D
2
id
iD
gm 

 2 K VGS  Vt 
v gs vGS v V
GS
GS
i
d
W
g m  Cox VGS  Vt 
L
vds
Schema generale di un
amplificatore
XC ≈ 0
XC ≈ 0
Amplificatore a source comune
Ri = R1//R2
Ro = RD
vo   g m v gs RD
vo
A
  g m RD
vi = vgs
vi
Amplificazione riferita alla sorgente
vo vo vi
AT 
 
v s vi v s
Rs
vs
RD
RL
+
vo
vi =
RL’ = RD//RL
 Ri 
vo vi
Ri

AT    A 
  g m RD // RL   
vi vs
Rs  Ri
 Rs  Ri 
-gmRL’
Amplificatore a doppio carico
vo
A    g m ( RD // RL )
vi
A deve essere indipendente
dalle variazioni di tensione del circuito
W
g m  2Cox I D
L
Amplificatore a doppio carico
Ri = RG = R1//R2
vo   g m v gs RL
v gs  v g  v s  vi  g m RS v gs
gm
vi
 v gs 
1  g m RS
= R1//R2
vo
g m RL
RL
A

≈ 
vi
1  g m RS
RS
RL’ = RD//RL
Ro = RD
... da dimostrare
nella prossima
slide
Amplificatore a doppio carico:
resistenza d’uscita
ix
gm
+
vx
vgs = vg - vs = 0 – RS ∙(gm vgs)
vgs = 0
Ro = RD
Amplificazione e punto di riposo
Come agire sulle resistenze
per modificare l’amplificazione
senza modificare il punto di riposo?
Amplificatore a drain comune
1
A
vo
g m RS
RS


v i 1  g m RS RS  1 g m
Ri = R1//R2
vgs = vi – RS ∙(gm vgs)  vi = (1 + gm RS) vgs
Vo = Vi - VGS
source follower
vo = gm vgs RS
Amplificatore a drain comune:
resistenza d’uscita
?
applicando Thevenin…
RS
v

v
o
i
v
RS  1 g m
RS
i
1/gm
vo
Ricapitolando…
CS
Ri
Elevata
(-180°)
f(gm)
R1//R2
Ro
RD
A
Doppio
carico
< A(CS)
Rx/Ry
Source
follower
≈1
in fase
R1//R2
R1//R2
RD
1/gm
Criteri di progetto
• Scelta del punto di riposo (ID, VDS)
SPECIFICHE GENERALI:
• Calcolo VGS corrispondente
iD  K vGS  Vt 
2
• Stabilità termica garantita da:
• Ampia dinamica d’uscita
VGS  Vt
RS 
ID
• Amplificazione stabile
• RD: equazione maglia d’uscita
• |A| = RD / RS
VDD  VDS  RS I D
• Distorsione minima
• R1 + R2 ≈ 10 MW
 elevata Ri
RD 
ID
•VGG (Thevenin): maglia d’ingresso
VGG = VGS + RSID
Amplificatori multistadio
Analisi statica
Analisi dinamica
vo von vo,n 1
vo 2 vo1
A  o indipendenti



 An  An 1    A2  A1
stadi accoppiati
vi
vin vi ,n 1
vi 2 vi1
Accoppiamento RC
Accoppiamento diretto
• C voluminosi per f piccole
A  10
A  40
DVi = 5 mV
DVo = 2 V
• segnali continui o “lenti”
• tipico dei circuiti integrati
• punti di riposo dipendenti
tra loro (deriva)