Práctica8

Universidad Nacional De ColombiaFacultad De IngenierıaDepartamento De Ingenierıa Electrica Y Electronica

ElectronicaAnaloga I

2015-I

El Transistor MOSFET:Amplificadores y fuentes de corrientes

1. Objetivos

1.1. Objetivo general

Disenar e implementar circuitos electricos aplicados, usando transistores Mosfet.

1.2. Objetivos especıficos

Disenar amplificadores de tension, aplicando el concepto de pequena senal y usando transistores Mosfet.

Comprobar experimentalmente el comportamiento del transistor Mosfet como amplificador de tension de pequenasenal.

Validar la operacion del transistor Mosfet como fuente de corriente.

2. Materiales e Instrumentos Requeridos

1 Osciloscopio de 2 Canales.

1 Generador de funciones.

1 Multımetro Digital.

1 Fuente DC dual.

3 Sondas.

3 Transistores Mosfet canal N de enriquecimiento (de preferencia en chip, por ejemplo TC4007).

3. Practica

La practica implica una trabajo previo de diseno, simulacion y montaje para todos los circuito considerados. Parala realizacion de esta practica se dispone de dos semanas.

En la presente practica se deben tener en cuenta los resultados del laboratorio anterior, especıficamente la obtencionde los parametros del transistor Mosfet (Vt, k, W y L). Se recomienda el uso y eventual edicion del modelo SPICE,para realizar las simulaciones.

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3.1. Fuente espejo de corriente

3.1.1. Previo al dıa de la practica

Fuente de corriente con Mosfet canal N de enriquecimiento: Para el circuito ilustrado en la figura 1, y te-niendo en cuenta las caracterısticas de los transistores Mosfet a su disposicion, encuentre el valor de Rref (normalizado)de tal forma que IDQ2

≈ 1mA, siendo VDD = 10V .Encuentre el valor de la tension en las compuertas (VGS) y determine el rango de valores de RL para el cual la

fuente de corriente funciona apropiadamente.

Figura 1: Fuente espejo de corriente MOSFET.

Realice la simulacion del circuito para observar el comportamiento de corriente en el transistor Q2 (IDQ2), a medida

que cambia el valor RL. Realice y analice la grafica IDQ2vs.RL con los datos obtenidos en simulacion.

3.1.2. El dıa de la practica

En lugar de la resistencia RL, ubique un potenciometro de valor aproximadamente 1.5 veces el valor de Rref , yconstruya experimentalmente la curva IDQ2

vs.RL.Basados en los resultados experimentales, determine el rango de valores de RL para el cual la corriente IDQ2

esaproximadamente 1mA.

3.2. Amplificador Fuente Comun


Disene, valide mediante simulacion e implemente un amplificador con transistor Mosfet en configuracion FuenteComun (Circuito propuesto en la figura 2). Calcule cuidadosamente el punto de polarizacion DC, teniendo en cuentaque el transistor debe permanecer en la region de saturacion, y que la senal de salida (Vo) debe tener una amplitudaproximadamente 5 veces mayor que la senal de entrada (Vi). En principio la senal de entrada tiene amplitud de200mV y el valor de la carga RL es de 10KΩ.

Una vez finalizada la etapa de diseno, realice los analisis DC y AC, trace la recta de carga DC y la recta de cargaAC, determine Av, Zi, Zo, la curva de transferencia de tensiones y los valores lımites de pequena senal. Todo estousando los valores normalizados de resistencias y condensadores.


Aplicar una senal de entrada de 10KHz con amplitud de 200mV pico a pico. Compruebe experimental la polari-zacion del circuito (Variables en DC), Av, Zi, Zo y la curva de transferencia de tensiones.

¿Como se comporta la ganancia de tension Av al variar la frecuencia?. Pruebe con al menos 5 valores de frecuenciadistribuidos de forma logarıtmica entre 100Hz y 1MHz.

¿Como se comporta la senal de salida al variar la amplitud de la entrada?. Determine experimentalmente los lımitesde pequena senal.

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Figura 2: Amplificador en configuracion Fuente Comun

3.3. Amplificador Fuente Comun Degenerado


Para el circuito de la figura 3 realice los analisis DC y AC, trace la recta de carga DC y la recta de carga AC,determine Av, Zi, Zo, la curva de transferencia de tensiones y los valores lımites de pequena senal. Todo esto usandolos valores de resistencias y condensadores determinados en la seccion 3.2. Valide los analisis mediante simulaciones.

Figura 3: Amplificador en configuracion Fuente Comun Degenerado


Aplicar una senal de entrada de 10KHz con amplitud de 200mV pico a pico. Compruebe experimental Av, Zi,Zo y la curva de transferencia de tensiones.


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3.4. Amplificador Drenaje Comun


Disene, valide mediante simulacion e implemente un amplificador con transistor Mosfet en configuracion DrenajeComun (Circuito propuesto en la figura 4). Calcule cuidadosamente el punto de polarizacion DC, teniendo en cuentaque el transistor debe permanecer en la region de saturacion. En principio la senal de entrada tiene amplitud de200mV y el valor de la carga RL es de 220 Ω.

Figura 4: Amplificador en configuracion Drenaje Comun

Una vez finalizada la etapa de diseno, realice los analisis DC y AC, trace la recta de carga DC y la recta de cargaAC, determine Av, Zi, Zo, la curva de transferencia de tensiones y los valores lımites de pequena senal. Todo estousando los valores normalizados de resistencias y condensadores.


Aplicar una senal de entrada de 10KHz con amplitud de 200mV pico a pico. Compruebe experimental la polari-zacion del circuito (Variables en DC), Av, Zi, Zo y la curva de transferencia de tensiones.



3.5. Amplificador en configuracion cascada


Realice el analisis AC para un amplificador en cascada (fuente comun en cascada con drenaje comun), como eldescrito en la figura 5 y determine Av, Zi, Zo, la curva de transferencia de tensiones y los valores lımites de pequenasenal, usando los valores normalizados de resistencias y condensadores determinados en las secciones 3.2 y 3.4. Validelos analisis mediante simulaciones.

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Figura 5: Amplificador en configuracion cascada: Fuente comun-Drenaje comun.


Aplicar una senal de entrada de 10KHz con amplitud de 200mV pico a pico. Compruebe experimental Av, Zi,Zo y la curva de transferencia de tensiones.

4. Preguntas sugeridas

¿A que se debe el hecho de que la resistencia de carga de las fuentes de corriente deba estar en un rangodeterminado de valores, o de lo contrario no se garantizara el funcionamiento como espejo de corriente?.

Describa la transicion del transistor Q2 (fuentes de corriente en espejo) a traves de las regiones de operacion delMosfet, conforme la resistencia RL aumenta desde RL = 0 Ω hasta RL→∞.

Describa el comportamiento real de los circuito amplificadores en funcion de la frecuencia de trabajo y expliqueen sus propias palabras a que se puede deber este fenomeno.

Basado en la teorıa y en los resultados experimentales, realice una breve descripcion de las ventajas, desventajasy posibles escenarios de aplicacion, para cada una de las cuatro configuraciones de amplificadores trabajadas.Tenga en cuenta aspectos como ganancia, frecuencia de trabajo y limitaciones de pequena senal, impedancias deentrada y salida, entre otros.

Referencias

Para el desarrollo de esta practica se sugiere consultar:

D. Neamen, Mircoelectronics: Circuit Analysis and Design, 4th ed, New York, McGraw-Hill Higher Education,2009.

A. S. Sedra and K. C. Smith, Microelectronic Circuits Revised Edition, 5th ed. New York, Oxford UniversityPress, Inc., 2007.

M. N. Horenstein, Circuitos y Dispositivos Microelectronicos, 2a ed, Mexico, Prentice Hall Hispanoamericana,1997.

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