6.002 Otoño 2000 Clase 19

6.002 CIRCUITOS YELECTRÓNICA

Análisis de gran señal delamplificador MOSFET

6.002 Otoño 2000 Clase 29

Amp. construido utilizando una fuente dependiente

Superposición con fuentes dependientes:una forma dejar todas las fuentes dependientesdentro (in); resolver las fuentes independientes de una en una [sección 3.5.1 del libro de texto]

Siguiente, repaso rápido de los amplificadores…

Lectura: capítulos 7.3 al 7.7

+ –+

–a′

av

b′

b)(vfi =

a′a

b′bcontrol

puerto DS salidapuerto

Fuente dependiente en un circuito

Repaso

6.002 Otoño 2000 Clase 39

Repaso de los

LDSO RiVv −=

( )2I 1v2K

−

para v I ≥ 1V= 0 si no,

SV

Ov

LR

+–

( )2ID 1v2Ki −=

Iv

VCCS

amplificadores

6.002 Otoño 2000 Clase 49

Es necesario un dispositivo clave:

Examinemos nuestro conocido MOSFET...

A

Bv

C

( )vfi =fuente de corrientecontrolada por tensión

6.002 Otoño 2000 Clase 59

Es necesario un dispositivo clave:Nuestro conocido MOSFET…

De alguna forma mentimos, puesto que el comportamiento de un estadoestado conductor del MOSFET es bastante más complejo de lo que hacen creer el conmutador ideal o el modelo de resistencia.

D

S

G

D

S

TGS Vv <G

TGS Vv ≥?

6.002 Otoño 2000 Clase 69

Gráficamente

DSv

DSi

TGS Vv ≥

TGS Vv <

TGS Vv ≥

1GSvRegión desaturación

Regi

ón d

e tr

íodo

MODELO SDSv

DSi

MODELO SRDSv

DSi

Demo

TGS Vv <

TGS Vv <

2GSv

3GSv

+–DSv

+–

DSiGSv

...

TGSDS Vvv −=

Región decorte

6.002 Otoño 2000 Clase 79

Gráficamente

DSv

DSi

TGS Vv ≥

TGS Vv <

TGS Vv ≥

1GSvRegión desaturación

Regi

ón d

e tr

íodo

MODELO SDSv

DSi

MODELO SRDSv

DSi

TGS Vv <

TGS Vv <

2GSv

3GSv

+–DSv

+–

DSiGSv

...

TGSDS Vvv −=

Observe que elMOSFET se comporta como unafuente de corriente

cuandoTGSDS Vvv −≥

6.002 Otoño 2000 Clase 89

Modelo MOSFET SCS

D

S

G

D

S

TGS Vv <G

( )22 TGS VvK

−=

cuando,TGSDS Vvv −≥

( )GSDS vfi =

TGS Vv ≥

D

S

G

Cuando

el MOSFET se encuentra en su región de saturación yel modelo de fuente de corriente de conmutación del MOSFET es más preciso que el modelo S o el SR.

TGSDS Vvv −≥

6.002 Otoño 2000 Clase 99

Reconciliación de los modelos…

TGSDS Vvv −≥TGSDS Vvv −<

utilice el modelo SCSutilice el modelo SR

Nota: como alternativa (en cursos más avanzados)

o utilice el modelo SU (sección 7.8 de A&L)

MODELO S MODELO SR MODELO SCS

por diversión para diseñosdigitales

para diseñosanalógicos

Utilización de cada modelo en el curso 6.002

DSv

DSi

TGS Vv ≥

TGS Vv <

TGS Vv ≥

1GSvRegión desaturación

Regi

ón d

e tr

íodo

DSv

DSi

DSv

DSi

TGS Vv <

TGS Vv <

2GSv

3GSv

...

TGSDS Vvv −=

6.002 Otoño 2000 Clase 109

De vuelta al amplificador

en la región desaturación

Iv OvAMP

SV

SV

LR

IvOv

G DS

( )22 TIDS VvKi −=

Para asegurarnos de que el MOSFET funciona como un VCCS, debemos manejarlo solamente en su región de saturación. Para ello, nos comprometemos a cumplir la

"disciplina de saturación"

6.002 Otoño 2000 Clase 119

Amplificador MOSFET

en la región desaturación

SV

LR

IvOv

G DS

( )22 TIDS VvKi −=

Para asegurar que el MOSFET funciona como un VCCS, debemos manejarlo solamente en su región de saturación. Para ello, prometemos cumplir la

“disciplina de saturación”.

En otras palabras, accionaremos el circuito deamplificador tal que:

vGS ≥ VT y vDS ≥ vGS – VT siempre.vO ≥ vI – vT

6.002 Otoño 2000 Clase 129

Analicemos el circuitoEn primer lugar, sustituya el MOSFETpor su modelo SCS.

para TIO Vvv −≥IGS vv =

G

Iv+

–

+–

SV

OvLR

D

S

A( )22 TIDS VvKi −=

6.002 Otoño 2000 Clase 139

Analicemos el circuito

para TIO Vvv −≥IGS vv =

G

Iv+–

+–

SV

OvLR

D

S

A( )22 TIDS VvKi −=

o ( ) LTISO RVvKVv 2

2−−= para TI Vv ≥

TIO Vvv −≥

SO Vv = para TI Vv <(el MOSFET se desconecta)

LDSSO RiVv −= B1 Método analítico: IO vvsv

(vO = vDSDS en nuestro ejemplo))

6.002 Otoño 2000 Clase 149

2 Método gráfico:

:B

A partir de A ( ) ,2

2TIDS Vv

Ki −=:

2ODS

DSO

TIO

v2Ki

Ki2v

Vvv

≤

⇓

≥

⇓

−≥para

IO vvsv

L

0

L

SDS R

vRVi −=

6.002 Otoño 2000 Clase 159

2 Método gráfico:

:B

Se deben cumplir las restricciones de A y B

A ( ,2

2TIDS VvKi −=:

SV

DSi

Ov

2

2 ODS vKi ≤

L

S

RV

Línea de carga

B

para

GSv=Iv

A

2

2 ODS vKi ≤

L

O

L

SDS R

vRVi −=

IO vvsv

6.002 Otoño 2000 Clase 169

2 Método gráfico:

Se deben cumplir las restricciones de A yDespués, dado VI, podemos hallar VO, IDS .

B

SV

DSi

Ov

L

S

RV

BIv

A

2

2 ODS vKi ≤

IO vvsv

IVDSI

OV

6.002 Otoño 2000 Clase 179

Análisis de gran señaldel amplificador (bajo la“disciplina de saturación”)

1 vO frente a vI

2 Márgenes de funcionamiento de entrada yde salida válidos.

6.002 Otoño 2000 Clase 189

Análisis de gran señal

1 vO frente a vI

Iv

SV( ) LTIS RVvKV 2

2−−

Ov

TV

entra en la regiónde tríodo

TIO Vvv −=

6.002 Otoño 2000 Clase 199

2 ¿Cuáles son los márgenes de funcionamientoválidos bajo la disciplina de saturación?

DSi

Ov

2

2 ODS vKi ≤

SV

L

S

RV

L

O

L

SDS R

vRVi −=

Análisis de gran señal

TIO

TI

VvvVv

−≥≥

2

2 ODS vKi ≤Nuestras

restricciones

= TI

0=DSi= SO VvVv

e

?

Iv( )2

2 TIDS VvKi −=

6.002 Otoño 2000 Clase 209

= TI

0=DSi= SO VvVv

e

2 ¿Cuáles son los márgenes de funcionamientoválidos bajo la disciplina de saturación?

DSi

Ov

2

2 ODS vKi ≤

L

O

L

SDS R

vRVi −=

Análisis de gran señal

Iv( )2

2 TIDS VvKi −=

L

SLTI KR

VKRVv

211 ++−+=

L

SLO KR

VKRv

211 ++−=

L

O

L

SDS R

vRVi −=

6.002 Otoño 2000 Clase 219

Margen de entrada válido:

L

SLT KR

VKRV

211 ++−+vI : VT a

margen de salida correspondiente:

L

SL

KRVKR211 ++−vO : VS a

2 ¿Cuáles son los márgenes de funcionamientoválidos bajo la disciplina de saturación?

Resumen del análisis de gran señal

1 vO frente a vI

( ) L2

TISO RVv2KVv −−=