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8/17/2019 Informe fuente de corriente transistores Mosfet (tipo p)
http://slidepdf.com/reader/full/informe-fuente-de-corriente-transistores-mosfet-tipo-p 1/3
INFORME GUIA N. 3, ABRIL 2016 1
Fuentes de corriente BJT Diana Camila Boh´ orquez [25451554], Giovani Britton Orozco [25451417], Juan Antonio Barrag´ an [25451571]
Universidad Nacional de Colombia
Laboratorio de Electr´ onica An´ aloga II [2016496]
Resumen—In the following report it will be analized
a basic topologie of a differential amplifier using BJT
transistors and how its common rejection characteristic
is related with the output impedance of the current source
use for biasing the transistors. Also it will be analized
a simple current mirror using p mosfet transistors, to
determine if it is a suitable current source.
I. INTRODUCCION
Los amplificadores diferenciales son circuitos de
gran importancia en el diseno de amplificadores ya
que presentan inmunidad al ruido electronico. Esto
hace que estos tipos de amplificadores sean ideales
para la amplificacion de senales muy pequenas. Los
amplificadores diferenciales ideales presentan una
rechazo en modo comun infinito lo cual quiere de
decir que a entradas comunes a los dos transisto-
res estos no amplificaraan nada a la salida. Estasituacion sin embargo es dificil de reproducir en
la realidad dado que las fuentes de polarizacion de
los circuitos siempre presentan resistencias parasitas
que reducen las caracteristicas ideales de estos tran-
sistores. Se aprovechara esta relacion para calcular
la resistencia de salida de la fuente de corriente a
partir del rechazo en modo comun que se observe
en el amplificador diferencial.
II. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO
II-A. Dise˜ no espejo de corriente con transistores
PMOS:
Parametros de diseno: Para el diseno del espejo de
corriente con transistores mosfet tipo p se partio de
los parametros observados en la siguiente tabla. La
corriente y el voltaje fueron elegidos como punto de
partida mientras que los parametros K n, lambda y V tfueron obtenidos en la caracterizacion del transistor.
I ref = 2mA
V cc = 10V
K n = 0,345mAV −1
Lambda = 0,01
V t = 1,687V
El primer paso en el diseno de este circuito es
calcular la resistencia necesaria para producir una
corriente de referencia de 2mA. Dado que las bases
de los transistores esta unida la corriente de refe-
rencia se replicara a traves del segundo transistor.
Para encontrar la resistencia necesaria es necesario
realizar la sumatoria de voltajes a lo largo de la
rama del primer transistor y utilizar la ecuacion
de la corriente source drain de los transistores
mosfet. Al resolver estas dos ecuaciones se obtiene
el valor 2.5K Ω Los calculos descritos se observan
a continuacion :
−10 + V sg + RI REF = 0
I REF = 1
2K n(V gs − V t)
2
V sg = 2
2I REF K n
+ V t
V sg = 5,09V
R = 10 − 5,09
I REF
Finalmente para calcular la resistencia maxima de
carga de la segunda rama del espejo de corriente
se debe averiguar que valor de resistencia lleva
al segundo transistor al lımite entre la zona de
saturacion y la zona de triodo. Este punto se obtiene
cuando el voltaje V SD = V OV .
V SD = V CC − I DRL = 5,09 − 1,687
RLmax = 3,3K Ω
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Despues de realizar los calculos se obtiene que
cuando la resistencia tiene un valor de 3.3K Ω el
transistor M2 esta al borde de la zona de triodo.
Mas haya de este valor la corriente disminuira ya
que el transistor deja de operar en la zona lineal.
En la figura 1 se observa la simulacion del circuito
propuesto.
Figura 1. Esquematico espejo de corriente con transistores mosfet
tipo p
II-B. Dise˜ no Par diferencial:
Para la realizacion del diseno del par diferencialse calculo una resistencia RC que permite a ambos
transistores trabajar en la lineal o en zona activa.
Dado que la fuente de corriente provee de 2.5 mA
por cada rama, se calcula acontinuacion cual deberıa
ser la resistencia para obtener un voltaje de colector
de 9.5V. La fuente de corriente se modela mediante
una fuente de corriente ideal en paralelo con su
resistencia de salida esto para mostrar que la fuentes
reales de corriente siempre tienen una resistencia de
salida no infinita.
RC = 12 − 9,5
2,5mA
RC = 1000ohm
El diseno del circuito se encuentra en el grafico
2
Figura 2. Diseno circuito par Diferencial
III. RESULTADOS Y A NALISIS:
III-A. Fuente de corriente:
En la tabla I se observan datos de corriente y
de voltaje de source drain para diferentes valores
de resistencia de carga. Se eligieron 7 puntos entre
la resistencia maxima calculada para el circuito y la
100Ω para realizar estas mediciones, adicionalmente
se incluyen dos graficos provenientes de los datos
de la tabla I. El grafico 3 representa la corriente
a traves del source vs la resistencia de carga y el
grafico 5 representa el voltaje source drain vs la
resistencia de carga.
Tabla ICORRIENTE Y VOLTAJE SOURCE DRAIN PARA DIFERENTES
RESISTENCIAS DE CARGA
Load
Resistance V Load Resistance (V) I Source (A) Vsd
100 2,08E-01 2,08E-03 9,79
470 9,73E-01 2,07E-03 9,02
1000 2,05 2,05E-03 7,84
2100 4,25 2,02E-03 5,9
2700 5,376 1,99E-03 4,6
3300 6,49 1,97E-03 3,52
3900 7,32 1,88E-03 2,6
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Figura 3. Corriente source drain vs resistencia de carga
Figura 4. Voltaje source drain vs resistencia de carga
De los dos graficos anteriores se pueden observar
dos cosas principalmente. La primera es que en el
rango de resistencia de 100 Ω a 3,3Ω la corriente
en el espejo de corriente disminuye linealmente muy
poco amedida que la resistencia de carga aumenta.
Esta disminucion en la corriente se atribuye a que a
medida que la resistencia aumenta el voltaje source
drain en el transistor M2 disminuye y debido al
efecto early en el transistor la corriente tendera a
disminuir proporcionalmente a este voltaje. En el
grafico 5 se puede obsevar como el voltaje source
drain disminuye a medida que la resistencia aumen-
ta. La segunda conclusion que se puede obtener de
los graficos anteriores es que una vez se ha superado
la resistencia maxima de carga correspondiente a
3,3K Ω la tasa con la que disminuye la corriente
aumenta drasticamente. Esto se atribuuye a que una
vez el voltaje baja mas alla del voltaje de overdrive
el transistor entra a la zona de triodo en donde la
corriente empieza a depender fuertemente de las
variaciones en el voltaje source drain. Se concluye
que el espejo de corriente simple no presenta las
mejores caracteristicas como fuente de corriente
ya que es muy sensible a variaciones de corriente
debido al efecto early o variaciones.
III-B. Par diferencial:
Del circuito del par diferencial se observa prin-
cipalmente que este se comporta como un ampli-
ficador source comun. La fuente utilizada para la
polarizacion fue una fuente wilson ajustada para dar
5 mA de corriente a traves de ella. Se observa que
ambas senales se encuentran en fase.
Figura 5. Voltaje de entrada y voltaje de salida para el par diferencial
IV. CONCLUSIONES
Los espejos de corrientes simples no son imple-
mentaciones muy fiables de fuentes de corrientes
cuando se necesita que la corriente por el espejo no
cambie ya que pequenas variaciones en el voltajesource drain varian la corriente en la rama debido
al efecto early. Esto se refleja en una resistencia de
salida pequena lo que las haria no muy buenas fuen-
tes para polarizar configuraciones mas complejas
como el par diferencial. Para este tipo de configu-
raciones se propone utilizar fuentes mas complejas
como fuente wilson que presentan impedancias de
salida mas grande y por ende menos variaciones
en la corriente. Las caracteristicas ideales en los
amplificadores diferenciales dependen de que tan
grande sea la resistencia de salida de la fuenteutilizada para su polarizacion. Entre mayor sea esta
mas caracteristicas ideales tendra el circuito.
