TAREA: DISEO DE AMPLIFICADOR CS CMOSProfesor:Ing. Jos Ramos LpezInstructor: Br. Hctor Alcides Franco ParedesBr. Ricardo PachecoCortez Valladares Nelson EdgardoCV10057Guerra Cazun Martin EnriqueGC10001Abril 23, 2013RESUMEN:Con la realizacin de la presente tarea se familiarizo con los amplificadores de fuente comn. Se enfoc en el diseo de un propio amplificador de fuente comn usando el IC 4007, el cual est conformado por varios transistores CMOS que se configuran de tal forma para formar un espejo de corriente, la , se utilizo los parmetros de para trazar las curvas y con los datos proporcionados por dichas curvas se puede calcular las caractersticas de transferencia entre los puntos de operacin.LISTA DE EQUIPOS Y MATERIALES: Generador de seales Agilent 33210A 100 MHz. Osciloscopio DS01012A. Protoboard Multmetro digital (x2) IC 4007

INTRODUCCIN.El circuito de fuente comn.Se muestra el amplificador MOS de CI ms bsico. Est formado por un transistor MOS con fuente conectada a tierra y el resistor del drenaje reemplazado con una fuente de corriente constante I. Como se ver, la carga fuente-corriente puede implementarse empleando un transistor PMOS, por lo que se le denomina carga activa; por tanto, el amplificador CS de la figura 1a) est cargado activamente. Antes de considerar la operacin a pequea seal del amplificador CS cargado activamente, es apropiado comentar algo sobre el diseo de polarizacin de dc. Obviamente, esta polarizado en , pero El anlisis a pequea seal del amplificador CS cargado con fuente de corriente es sencillo y se ilustra en la figura 1b). Aqu junto con el modelo de circuito equivalente, se muestra el transistor con su extrada y desplegada por separado y con el anlisis realizado directamente sobre el circuito. En la figura de pequea seal se ve que para este amplificador CSEcuaciones (1)

Tome nota que es la ganancia de voltaje mxima disponible a partir de un amplificador de fuente comn, denominada ganancia intrnseca del MOSFET, .DESCRIPCION DEL CIRCUITOCircuito CMOS amplificador de fuente comn.En la figura 2a) se muestra la instrumentacin del circuito CMOS del amplificador de fuente comn. Este circuito est basado en el que se muestra en la figura 1a) con la fuente de corriente de carga implantada mediante el transistor . Este ltimo es el transistor de salida del espejo de corriente formado por y y alimentado con la corriente de polarizacin . Se supondr que y son coincidentes; por tanto, la caracterstica i-v del dispositivo de carga ser la mostrada en la figura 2b). Est es simplemente la curva caracterstica del transistor de canal p, , para un voltaje constante de fuente a compuerta, . El valor de se establece al pasar la corriente de polarizacin de referencia a travs de . Obsrvese que, como se esperaba se comporta como una fuente de corriente cuando opera en saturacin, lo que a su vez se obtiene cuando excede , que es la magnitud del voltaje de sobrecarga en el que y estn operando. Cuando est en saturacin, experimenta una resistencia incremental finita .

Donde es el voltaje de Early de . En otras palabras, la carga corriente-fuente no es ideal pero tiene un resistencia de salida finita igual al transistor . Antes de proceder a determinar la ganancia de voltaje de pequea seal del amplificador, es aleccionador examinar su caracterstica de transferencia, frente a . Esto puede determinarse usando la construccin grafica mostrada en la figura 2c). Aqu se han dibujado las caractersticas del transistor de amplificacin y se ha superpuesto la curva de carga. Esta es simplemente la curva i-v de la figura 2b) invertida y desplazada volts a lo largo del eje horizontal. Ahora, como , cada una de las caractersticas corresponde a un valor particular de . La interseccin de cada curva con la curva de carga da el valor correspondiente de , el cual es igual a . Por tanto, de esta manera se obtiene la caracterstica punto por punto. La caracterstica de transferencia resultante se dibuja en la figura 2d). Como se indic, tiene cuatro segmentos distintos, rotulados I, II, III, IV, y cada uno se obtiene con una de las cuatro combinaciones de los modos de operacin de y , que tambin estn indicadas en el diagrama. Tome nota de que se han rotulados los puntos de ruptura importantes en la caracterstica de transferencia (A y B) en correspondencia con los puntos de interseccin (A y B) de la figura 2c). No resulta sorprendente, para la operacin del amplificador, que el segmento III sea el de mas inters. Observe que la regin III la curva de transferencia es casi lineal y muy inclinada, indicando una ganancia de voltaje grande. En la regin III el transistor de amplificacin y el de carga operan en saturacin. Los puntos extremos de la regin III son A y B: en A, definido por , entra en la regin del trodo, y en B, definido por , , entra en la regin del trodo. Cuando el amplificador esta polarizado en un punto en la regin III, la ganancia de voltaje a pequea seal puede determinarse al reemplazar con un modelo a pequea seal y con una resistencia de salida, . La resistencia de salida de constituye la resistencia de carga de . La ganancia de voltaje puede encontrarse al sustituir los resultados de las ecuaciones (1) en:

Para obtener ecuacin (2)

Lo que indica que, como se esperaba, ser de magnitud menor a la ganancia intrnseca de , . Para el caso en que , ser por supuesto, el resultado de la ecuacin (2) se hubiera obtenido directamente al multiplicar por la resistencia total entre el nodo de salida y tierra, .El amplificador CMOS de fuente comn puede disearse para proporcionar ganancias de voltaje de 15 a 100. Muestra una resistencia de entrada muy elevada; sin embargo, su resistencia de salida tambin es alta.

Figura 2a)

Figura 2c)

Figura 2d)CALCULO DE PARAMETROS

Tomaremos los parmetros conocidos del 4007NMOSVT (v)L(m)W(m)KN( A/V2)

1.4512420

PMOSVT (v)L(m)W(m)KP( A/V2)

-1.454806

CALCULOS REALIZADOSPara Q3:

()(2 ()(2

Por tanto:

Para Q2:Para que el transistor permanesca en la region de saturacion, . Con ()(2

Datos obtenidos en el Laboratorio Para graficar vo/vi:

VinVout

110

1.110

1.29.9

1.39.9

1.49.9

1.59.98

1.69.96

1.79.9

1.89.85

1.99.72

29.29

2.10.5242

2.20.3768

2.30.30988

2.40.2662

2.50.23553

2.60.21157

2.70.19249

2.80.17656

2.90.1634

30.1522

3.10.12986

3.20.13349

3.30.12621

3.40.11951

3.50.1136

3.60.1082

3.70.10322

3.80.09867

3.90.09467

40.09091

Simulacin en Octave para el comportamiento de cada uno de los MOSFET:

DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIOVgs=1.9V

Midiendo las corrientes en el laboratorio

Iref = 103uA Ic= 103uA , se cumple el espejo de corrienteCONCLUCIONES Con el planteamiento de este circuito presentado en este trabajo permite brindarles a los estudiantes de electrnica un medio para entender los principios bsicos del diseo y la verificacin de circuitos con CMOS.

Recalcamos el acercamiento al diseo de circuitos integrados que tiene la capacidad de actuar como amplificadores, conversores y osciladores, deja de ser mera mente terica y simulada para convertirse ahora tambin en real, con la posibilidad de disearlo de acuerdo a deseos o necesidades de cada profesional.BIBLIOGRAFIAhttp://www.alldatasheet.es/datasheet-pdf/pdf/26835/TI/CD4007.html

Sedra circuitos microelectrnicos, Quinta edicin McGraw-Hill.