Sedra/Smith Microelectronic Circuits 5/e

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Sedra/Smith

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ISBN 0–19–517267–1

Printing number: 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Printed in the United States of America

Sinal: todo meio que contenha informações de interesse.

Exemplo:

Informações sobre o tempo:

• Temperatura do ar

• Pressão

• Velocidade do vento

Exemplo:

A voz de um narrador ao ler as notícias de um

jornal produz um sinal acústico.

O microfone é um

TRANSDUTOR

, que converte este

sinal para a forma elétrica.

Figure 1.1 Two alternative representations of a signal source: (a) the Thévenin form, and (b) the Norton form.

Representações para sinais elétricos

)

(

)

(

t

R

i

t

Figure 1.2 An arbitrary voltage signal v_s(t).

Sinal no domínio do tempo

Figure 1.3 Sine-wave voltage signal of amplitude V_aand frequency f = 1/T Hz. The angular frequency v = 2pf rad/s.

)

(

)

(

t

V

sen

wt

v

_a

=

_a

rd/s

2 f

w

=

π

Sinal Senoidal

Hz

1

T

f

=

Freqüência

Freqüência angular

Figure 1.4 A symmetrical square-wave signal of amplitude V.

Sinal de onda quadrada

Série de Fourier:

)

sin

sin

sin

(sin

)

(

t

V

w

t

w

_t

w

_t

w

_t

K

v

₀

₀

₀

7

₀

7

1

5

5

1

3

3

1

4

+

+

+

=

π

Figure 1.5 The frequency spectrum (also known as the line spectrum) of the periodic square wave of Fig. 1.4.

Representação gráfica do espectro de um sinal de onda quadrada

Figure 1.6 The frequency spectrum of an arbitrary waveform such as that in Fig. 1.2.

Espectro de freqüências de um sinal não periódico

Sinais de áudio:

espectro de freqüências compreendido

entre 20 Hz e 20KHz.

Sinal de vídeo analógico:

espectro de freqüências compreendido

entre 0 Hz e 4,5 MHz.

Figure 1.7 Sampling the continuous-time analog signal in (a) results in the discrete-time signal in (b).

Sinal contínuo no tempo ou sinal analógico

Sinal discreto no tempo

Sinais Analógicos x Sinais Digitais

Eletrônica digital

Eletrônica analógica

Figure 1.8 Variation of a particular binary digital signal with time.

Sinal Digital Binário

Figure 1.9 Block-diagram representation of the analog-to-digital converter (ADC).

Conversor Analógico Digital

1

1

2

2

1

1

0

0

2

+

2

+

2

+

+

−

2

−

=

N

N

b

b

b

b

D

K

Amplificadores de Sinais

Os transdutores muitas vezes fornecem sinais na faixa de alguns

micro-volts ou mili-volts.

Se:

)

(

)

(

t

Av

t

v

_o

=

_i

O amplificador é linear.

A – ganho do amplificador

Figure 1.10 (a) Circuit symbol for amplifier. (b) An amplifier with a common terminal (ground) between the input and output

ports.

Amplificadores de sinais

Figure 1.11 (a) A voltage amplifier fed with a signal v_I(t) and connected to a load resistance R_L. (b) Transfer characteristic of a linear voltage amplifier with voltage gain A_v.

Característica de transferência

I

O

v

v

v

A

=

Ganho de tensão:

Amplificador de Tensão

Ganho de Potência e Ganho de Corrente

I

O

i

i

i

A

=

ganho de corrente:

ganho de potência:

_v

_i

I

I

O

O

p

A

A

i

v

i

v

A

=

=

|

|

log

)

(

_v

v

db

A

A

=

20

A

_i

(

db

)

=

20

log

|

A

_i

|

|

|

log

)

(

_p

p

db

A

A

=

10

Ganhos em Decibéis

Figure 1.12 An amplifier that requires two dc supplies (shown as batteries) for operation.

2

2

1

1

I

V

I

V

P

_dc

=

+

P

_dc

+

P

_I

=

P

_L

+

P

_dissipada

%

100

×

=

dc

L

P

P

η

Saturação do Amplificador

Para não ocorrer distorção:

v

I

v

A

L

v

A

L

₋

₊

≤

≤

Figure 1.14 (a) An amplifier transfer characteristic that shows considerable nonlinearity. (b) To obtain linear operation the

amplifier is biased as shown, and the signal amplitude is kept small. Observe that this amplifier is operated from a single power supply, V_DD.

Exemplo 1.2

Um amplificador transistorizado tem a seguinte característica de transferência:

Determine L

e L

e os respectivos valores de v

.

Determine a tensão de polarização V

que resulta em V

= 5V e o ganho de tensão

no ponto de operação.

V

v

v

e

v

_O

=

₁₀

−

₁₀

−

11

40

v

_para

_I

≥

₀

_e

_O

≥

₀

_.

₃

Figure 1.16 Symbol convention employed throughout the book.

Convenção de símbolos

Componente C.C.

Valor instantâneo total

Figure 1.17 (a) Circuit model for the voltage amplifier. (b) The voltage amplifier with input signal source and load.

Amplificadores de Tensão

=

i

o

v

v

=

s

o

v

v

=

i

o

v

v

Figure 1.18 Three-stage amplifier for Example 1.3.

Amplificadores em Cascata

Calcular:

Os quatro tipos de amplificadores

Amplificador de tensão

_{Amplificador de corrente}

Figure 1.19 (a) Small-signal circuit model for a bipolar junction transistor (BJT). (b) The BJT connected as an amplifier with the

emitter as a common terminal between input and output (called a common-emitter amplifier). (c) An alternative small-signal

O transistor bipolar

Ω

=

Ω

=

=

Ω

=

Ω

=

K

r

K

g

mA

V

r

K

R

K

R

_S

5

_π

2

,

5

_m

40

/

_o

100

_L

5

?

=

s

o

v

v

Exercício 1.20

Figure 1.28 A logic inverter operating from a dc supply V_DD.

O inversor lógico

Figure 1.29 Voltage transfer characteristic of an inverter. The VTC is approximated by three straightline segments. Note the

four parameters of the VTC (V_OH, V_OL, V_IL, and V_IH) and their use in determining the noise margins (NM_Hand NM_L).

Característica de transferência de tensão

Definições:

V

– Máxima tensão de entrada que será interpretada

como nível lógico 0.

V

– Mínima tensão de entrada que será interpretada

como nível lógico 1.

NM

= V

– V

– Margem de ruído em nível alto.

Figure 1.30 The VTC of an ideal inverter.

Característica de transferência de tensão ideal

2

V

NM

NM

=

=

Figure 1.31 (a) The simplest implementation of a logic inverter using a voltage-controlled switch; (b) equivalent circuit when v_I

Implementação de Inversores TTL

Figure 1.32 A more elaborate implementation of the logic inverter utilizing two complementary switches. This is the basis of

the CMOS inverter studied in Section 4.10.

Figure 1.33 Another inverter implementation utilizing a double-throw switch to steer the constant current I_EE to R_C1 (when v_Iis high) or R_C2(when v_Iis low). This is the basis of the emitter-coupled logic (ECL) studied in Chapters 7 and 11.

Figure 1.34 Example 1.6: (a) The inverter circuit after the switch opens (i.e., for t ≥ 0+). (b) Waveforms of v_I and v_O. Observe that the switch is assumed to operate instantaneously. v_O rises exponentially, starting at V_OLand heading toward V_OH .

Figure P1.6

Determine expressões para V

e R

.

Figure P1.10

Divisores de Corrente

Determine expressões para as correntes I

e I

.

Figure P1.14

Figure P1.15

Aplique repetidamente o teorema de Thévenin e determine o

circuito equivalente de Thévenin do nó 4 para terra.

Figure P1.16

Problema 1.16

Determine as correntes no circuito e a tensão no nó comum usando dois

métodos:

1 – Chame de I

e I

as correntes nos resistores R

e R

respectivamente.

Escreva duas equações de malhas.