eletrÔnica ii livro texto: [01] sedra, a.s. and smith, k.c. … · 2017. 8. 3. · eletrÔnica ii...

Universidade de São Paulo

PSI3322 - João A. Martino – PSI/EPUSP

PSI3322 - ELETRÔNICA II

Prof. João Antonio Martino([email protected])

(WhatsApp: 11-97189-1550)

Critérios de avaliação de aprendizagem:

A média geral (MG) será calculada a partir de 2 provas (P1 e P2) e média de testes semanais (MT)

descartando-se a menor nota de testinho.

MG = 0,25.MT + 0,3.P1 + 0,45.P2

A prova substitutiva é permitida para o aluno que perder uma das provas (P1 ou P2) por algum motivo justificado. O aluno deverá preencher

formulário disponível na secretaria do PSI quando perder uma prova.



LIVRO TEXTO: Sedra, A.S.

and Smith, K.C. Microeletrônica.

Pearson, 2007. (tradução da 5a.

edição em inglês).

Material adicional, slides, vídeo,

listas adicionais de exercícios,

notas: Moodle : eDisciplinas

PSI3322 - ELETRÔNICA II

Uso do SOCRATIVE para

interação durante as aulas de

teoria (smartphone, tablets,

microcomputador...)

Sala: JAMARTINO



PSI3322 - ELETRÔNICA II - (capítulos 4, 7, 8, 10)

• Funcionamento Físico de Transistores MOSFET: dedução da equação de corrente. Regiões de funcionamento. Modelos de grandes sinais (CC).• Tipos de Transistor: nMOSFET e pMOSFET• Circuitos de polarização de CC• Amplificadores MOS de pequenos sinais: mode-los, Fonte Comum, Porta Comum, Dreno Comum.• Resposta em frequência para amplificadores MOS (alta e baixa frequência)• Experimento 06 de Lab. de Eletrônica: Projeto de amplificador para pequenos sinais MOS.• Inversor CMOS: operação do circuito, estática e

dinâmica, potencia dissipada.



PSI3322 - ELETRÔNICA II - (continuação)

• Circuitos lógicos CMOS: Portas lógicas NE, E, NOU, OU e circuitos com chave CMOS. (Experimento 07 de lab de eletrônica) • Amp. diferenciais com transistores MOS: ganho diferencial, ganho em modo comum e CMRR.• Espelhos de corrente e guias de corrente.• Experimento 08 de Lab. de Eletrônica: Projeto de Amplificador diferencial MOS• Amp. diferenciais MOS com carga ativa.• Amplificadores de múltiplos estágios CMOS• Realimentação: Propriedades, Realimentação negativa, as quatro topologias básicas.Realimentação série-paralelo: Amplificador de Tensão



• Você vai aprender em Eletrônica II sobre o Transistor mais importante de todos os tempos ?

• O MOSFET está presente em praticamente todos os circuitos/equipamentos eletrônicos importantes da atualidade tais como computadores, smartphones, tablets...

• Forte interação entre as disciplinas de teoria (Eletronica I/II e laboratório de eletrônica I)



Transistor NMOSFET

(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect

Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)

S

D

GVDS

VGS

IDS

N+ N+

P

Porta

(G-Gate)

Dreno

(D-Drain)

Fonte

(S-Source)

Substrato

(B-Body)

Metal

Óxido

Sem.



S

D

GVDS

VGS

IDS

N+

Metal

(condutor) Óxido de porta

(isolante)

L

W

Fonte Dreno

xoxPorta

VDS

VGS

P

Substrato

(ou Corpo)

IDS

N+

Transistor NMOSFET

(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect

Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)



Transistor - NMOSFET

Transistor projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)

Porta

(G)

Dreno

(D)Fonte

(S)



Transistor - NMOSFETPorta

(G)

Dreno

(D)Fonte

(S)

N+ N+

P

Porta

(G-Gate)Dreno

(D-Drain)

Fonte

(S-Source)

Substrato

(B-Body)

Metal

Óxido

Sem.



J. E. Lilienfeld:

"Method and

apparatus for

controlling electric

current" US patent

1745175 first filed in

Canada on 22nd

October 1925

Primeira Patente do FET

1925 (Teórico)

Julius Edgar Lilienfeld



J. E. Lilienfeld:

"Method and

apparatus for

controlling electric

current" US patent

1745175 first filed in

Canada on 22nd

October 1925

Primeira Patente de

um FET (1925)

(nunca foi construído)

Julius Edgar Lilienfeld



Metal Oxide Semiconductor (MOS) Field Effect Transistor (FET)

Primeira Fabricação de um MOSFET

(1960)

Top View

M. M. (John) Atalla and Dawon

Kahng at Bell Labs achieved the

first successful insulated-gate field-

effect transistor (MOSFET),



Contínuo crescimento do número de componentes

por circuito integrado

Custo por componente diminui…

G.E. Moore, “Cramming more components onto integrated circuits,” Electronics Mag., vol. 38, pp. 114-117, 1965.

S. Deleonibus, “Electronics Device Architectures for the Nano-CMOS Era,” Pan Standford Publ., 2009

Lei de MOORE (Gordon Moore – Intel)

Número de transistores

em um circuito integrado

dobra a cada 2 anos



Micro e NanotecnologiaMuitas Aplicações




Enterprise - Star Trek

Jornada nas Estrelas (1966-1969)

Star Trek TOS - Classic Theme.mp3




Enterprise - Star Trek

Jornada nas Estrelas (1966-1969)

Joãozinho e seu jipe...

Star Trek TOS - Classic Theme.mp3




Martin Cooper

(1973)

Motorola–StarTAC

(1996)

James T. Kirk

(1966)

iphone 7 (2016)



Smart house Smart car





Internet of Things (IOT)



MOSFET canal N (NMOS)

N+ N+

P

Porta

DrenoFonte

Substrate

VDS

IDS

Região

Triodo

Região de

Saturação

VGS1

VGS2

VGS2>VGS1

(USP/Brasil)

S

D

GVDS

VGS

IDS

VDS=cte

IDS

VGSVTn1 V

Porta

(G)

Dreno

(D)Fonte

(S)



N+ N+

P

Porta

DrenoFonte

Substrate

VDS=cte

IDS

VGSVTn1 V

(USP/Brasil)

S

D

GVDS

VGS

IDS

Metal

Oxido

Semic

VDS=cte

IDS

VGSVTn1 V

Porta

(G)

Dreno

(D)Fonte

(S)


VDS

IDS

Região

Triodo

Região de

Saturação

VGS1

VGS2

VGS2>VGS1



N+ N+

P

Porta

DrenoFonte

Substrate

VDS=cte

IDS

VGSVTn1 V

(USP/Brasil)

S

D

GVDS

VGS

IDS

M ++++++

O

S- - - - - -

E VDS=cte

IDS

VGSVTn1 V

Porta

(G)

Dreno

(D)Fonte

(S)


VDS

IDS

Região

Triodo

Região de

Saturação

VGS1

VGS2

VGS2>VGS1



Funcionamento Transistor MOS

Porta

Fonte Dreno

+

+



Funcionamento Transistor MOS

+

+



Alunos de PSI3322:

Vamos hoje entender o

funcionamento físico do MOSFET...



Transistor NMOSFET

N N

Isolante

Metal

Porta (VGS)Fonte Dreno (VDS)

Substrato (VB)

x

y

L

P



1: Se a Fonte e o Substrato estiverem aterrados, não haverá corrente na

junção Fonte-Substrato.

2: Se a tensão aplicada no dreno for positiva, a junção dreno-substrato

estará reversamente polarizada, e portanto não haverá corrente

significativa nestes terminais.

3: A porta é isolada do substrato.

Nesta condição não haverá corrente fluindo em nenhum dos terminais.

Transistor NMOSFET : Região de Corte

N N

Isolante

MetalPorta (VGS)Fonte Dreno (VDS)

Substrato (VB)L

P



1: Quando a tensão aplicada na porta (VGS) for acima da tensão de

limiar (Vt – Threshold voltage), será formada uma camada de inversão

composta de eletrons.

2: Uma região tipo N, chamada de canal de inversão, conecta as regiões

de fonte e dreno.

Nesta condição uma corrente fluirá do dreno para a fonte.

Transistor NMOSFET : VGS > Vt (tensão de limiar)

N N

Isolante

Metal

Porta (VGS )Fonte Dreno (VDS )

canal invertido

(eletrons)

Região de depleção

Substrato (V B)P



Aplicando um pequeno valor de VDS

(comportamento resistivo)

N N

P



N N

P

A operação

com o Aumento

de VDS



Perfil da camada de inversão no canal do transistor

NMOS com aumento de VDS

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