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RECORDANDO LA LÍNEA DE CARGA EN EL
AMPLIFICADOR BJT
Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1416-07-2015
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:
EC
CCCE
ECC RR
Vv
RRi
1
EC
CCC RR
Vi
CCCE Vv
CCCEEC
C VvRR
i
1
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
EL MOSFET COMO AMPLIFICADOR
CONFIGURACIONES BÁSICAS DE AMPLIFICADORES DE UNA ETAPA
2015-1
Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1416-07-2015
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.
Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
TIPOS DE AMPLIFICADORES BASADOS EN TECNOLOGÍA CMOS.
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EL AMPLIFICADOR CMOS DE FUENTE COMÚN O COMMON SOURCE
La saturación se logra cuando v= vSD excede
Y exhibe una resistencia de :
tpSG VV
REF
Ao I
Vr 2
2
Tomado de la sección 5.7.1 del libro de Sedra/Smith, Cuarta Edición.
Curva característica de Q2 cuando el voltaje VGS es constante.
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE CADA TRANSISTOR (Q2)
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Curva característica de Q1 con la curva de carga superpuesta.
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE CADA TRANSISTOR (Q1)
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CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA VI VS VO
Característica de transferencia (vi vs v
o)
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.
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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.
omoomgs
d rgrrgv
v 21 //
GANANCIA DE VOLTAJE EN EL AMPLIFICADOR COMMON SOURCE
REF
Ao I
Vr 2
2 REF
Ao I
Vr 1
1
21 // ooo rrr
En ambos casos las resistencia de entrada es muy alta, idealmente infinita
OJO: Tanto gm como ro dependen del punto de operación.
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=1M con ID=0.1mA se requería una fuente VDD=100 V.
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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.
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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.
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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)
211
1
)(o
oimbm
o
oi
r
vvgg
r
vv
211
11 //1
ooo
mbmi
ov rr
rgg
v
vA
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)
2111 // oombmv rrggA
111 mo gr Normalmente , por lo que
EL AMPLIFICADOR CMOS DE COMMON GATE (…CONT)
1
11o
oiimbmi r
vvvggi
1
2
11
11
o
o
mbmi
ii r
r
ggi
vR
La resistencia de entrada se determina a partir de la corriente ii
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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.
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• 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
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CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR (…CONT)
Fig. 5.48 The source follower: (a) circuit; (b) small-signal equivalent circuit; and (c) simplified version of the equivalent circuit.
Simplificación del circuito equivalente usando el Teorema de absorción de fuente.
11 gsSmo vRgv
11111 gsSmgssgsi vRgvvvv
111 gsSmi vRgv
Sm
Sm
i
ov Rg
Rgvv
A1
1
1
Sm
ogs Rg
vv
11
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.
111 gsSmi vRgv
Sm
Sm
i
ov Rg
Rg
v
vA
1
1
1
11 Sm Rg
CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR (…CONT)
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CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR (…CONT)
2111
1
11
oombm
mv
rrgg
gA
11
1
mbm
mv gg
gA
211
||||1
oomb
S rrg
R Reemplazando
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.
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EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR:
ESQUEMÁTICO
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EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR: MODELO DEL
MOSFET
EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR: MODELO DEL
MOSFET EN ARCHIVO DE SALIDA
EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR: PUNTO DE
OPERACIÓN
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EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR: SEÑALES DE
ENTRADA Y SALIDA
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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.
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