Recordando la línea de carga en el amplificador BJT Electrónica Análoga I Prof. Gustavo Patiño. M.Sc, Ph.D. MJ 12- 14 20-01-2015

Curvas Características Las curvas características son curvas paramétricas de iC contra vCE, con iB como parámetro. Cada tipo de transistor tiene su propio conjunto único de curvas características.

El amplificador Emisor Común (EC) Si se supone una entrada de ca, la onda de salida se puede encontrar de manera gráfica. Moviendo el punto de operación hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la línea de carga conforme cambia iB, se pueden graficar iC ; iB y vCE.

Línea de carga cd ó dc Gráfica de la línea de carga dc descrita por: Con interceptos: Ecuación 

Línea de carga de ca para la configuración en EC Por motivo de la presencia de los condensadores de acople y de paso puede ocurrir que hayan dos líneas de cargas en el circuito: Una línea de carga DC y una línea de carga CA.

La línea de carga de ca a través de cualquier punto Q

Electrónica I Prof. Dr. Gustavo Patiño MJ 12- 14 12-08-2014 El MOSFET como Amplificador Configuraciones Básicas de Amplificadores de una Etapa Electrónica I Prof. Dr. Gustavo Patiño MJ 12- 14 12-08-2014

Introducción La filosofía de diseño en CI es utilizar MOSFET para todos o casi todos los elementos del circuito. Un ejemplo es el uso de fuentes de corriente para polarizar un amplificador MOSFET. Los amplificadores que utilizan fuentes de corrientes para reemplazar resistencias de carga se denominan de Carga Activa. Las configuraciones de circuitos de CG y CS necesitan de la versión PMOS de fuentes de corrientes. Para la configuración de CD puede ser empleada la versión NMOS de fuente de corriente. Ello requiere el uso de tecnología CMOS.

Tipos de amplificadores basados en tecnología CMOS. Amplificador de Fuente Común o Common Source. Amplificador de Compuerta Común o Common Gate. Amplificador de Drenaje Común o Common Drain.

El amplificador CMOS de Fuente Común o Common Source La saturación se logra cuando v= vSD excede Y exhibe una resistencia de : Tomado de la sección 5.7.1 del libro de Sedra/Smith, Cuarta Edición.

Curvas Características de cada transistor (Q2) Curva característica de Q2 cuando el voltaje VGS es constante.

Curvas Características de cada transistor (Q1) Curva característica de Q1 con la curva de carga superpuesta.

Característica de transferencia vi vs vo

El amplificador CMOS Source Común (…cont) La región III es la de interés para usar el MOSFET como amplificador. La curva de transferencia es casi lineal indicando gran ganancia de voltaje. La resistencia de salida de Q2 representa la resistencia de carga de Q1. El modelo del amplificador en cualquier punto de polarización dentro de la región III tiene una corriente de polarización de » IREF.

Ganancia de Voltaje en el Amplificador Common Source En ambos casos las resistencia de entrada es muy alta, idealmente infinita OJO: Tanto gm como ro dependen del punto de operación. Fig. 5.34 Small-signal models for the MOSFET: (a) neglecting the dependence of iD on vDS in saturation (channel-length modulation effect); and (b) including the effect of channel-length modulation modeled by output resistance ro = |VA|/ID.

El amplificador CMOS Common Source (…cont) Dado que ro1 y ro2 generalmente son grandes, la carga vista por Q1 es grande y por ende también la ganancia de voltaje. En realidad es la gran resistencia de carga efectiva lo que hace muy atractiva el uso de la carga activa, pues permite la realización de grandes ganancias sin usar una resistencia de drain (RD) muy grande. Por ejemplo: Para implementar una RD=1MW con ID=0.1mA se requería una fuente VDD=100 V.

El amplificador CMOS Common Source (…cont) El amplificador CMOS de source común puede ser diseñado para dar ganancias de 20 a 100. Exhibe una alta resistencia de entrada y alta resistencia de salida. El circuito no es afectado por el efecto Body dado que las terminales source de Q1 y Q2 están en tierra. Este circuito es generalmente parte de un circuito amplificador más grande y mediante realimentación negativa se asegura que opere en la región III de la característica de transferencia.

El Amplificador CMOS de Common Gate. El Gate esta conectado a una fuente de voltaje DC VBIAS y la señal de entrada es aplicada al Source. La señal de voltaje en el Gate será cero, de ahí el nombre de configuración Common Gate.

El Amplificador CMOS de Common Gate (…cont) Circuito amplificador equivalente, donde Q2 es reemplazado por su resistencia equivalente ro2. Dado que el Source de Q1 no está unido a tierra, aparece una señal de voltaje entre el Body y el Source vbs1, por lo que se agrega la fuente de corriente gmb1vbs1.

El Amplificador CMOS de Common Gate (…cont) Tanto el Gate como el Body están pegados a tierra, por lo que vgs1 = vbs1 = vi Entonces ambas fuentes se pueden simplificar en una sola como la suma de las dos.

El Amplificador CMOS de Common Gate (…cont) Normalmente , por lo que Por tanto el amplificador CG es no inversor y su ganancia esta influenciada por el efecto Body. Generalmente este efecto incrementa la ganancia en un 20%.

El Amplificador CMOS de Common Gate (…cont) La resistencia de entrada se determina a partir de la corriente ii

El Amplificador CMOS de Common Gate (…cont) En resumen, el circuito de Gate común exhibe una ganancia de voltaje de magnitud semejante a la del amplificador Source Común, pero una resistencia de entrada que es mucho menor.

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor El transistor Q1 es polarizado por la fuente de corriente formada por el espejo de corriente entre Q2 y Q3. Q2 actúa como una carga activa para Q1. La resistencia de entrada es muy alta debido a la presencia de la fuente unida al Gate del Mosfet Q1.

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor (…cont)

Simplificación del circuito equivalente usando el Teorema de absorción de fuente. Fig. 5.48 The source follower: (a) circuit; (b) small-signal equivalent circuit; and (c) simplified version of the equivalent circuit.

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor (…cont)

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor (…cont) Generalmente, , y la ganancia de voltaje es menor pero cercano a la unidad. Así la señal en el source (vo ) sigue de muy cerca a la señal de entrada (vi ), dándole al circuito el nombre de Fuente-Seguidor.

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor (…cont) Reemplazando Por lo general ro1 y ro2 son grandes, por lo que se sus inversos se pueden despreciar cuando se comparan con gm1 y gmb1.

Configuración Common Drain ó Fuente Seguidor (…cont) Su ganancia de voltaje es menor que la unidad. Posee una baja resistencia de salida. Es capaz de conducir cargas de baja impedancia con pequeña perdida en la ganancia. Halla aplicación como etapa de salida de un amplificador multietapa. Puede ser empleado para extender la respuesta en alta frecuencia de amplificadores y acelerar la operación en circuitos digitales.

Aporte del estudiante Para el estudiante: Estudia las demostraciones presentadas en esta clase. Qué preguntas te surgen de dichas demostraciones? Qué respuestas le das a dichas preguntas? A cuáles preguntas no lograste identificar una clara respuesta? Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase. Ante las preguntas e inquietudes que no encontraste respuesta en tu estudio y en la bibliografía consultada, busca asesoría oportuna con el profesor del curso. Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2014-2