RECORDANDO LA LÍNEA DE CARGA EN EL AMPLIFICADOR BJT Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.D MJ 12- 14 16-07-2015

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.


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)


Curva característica de Q1 con la curva de carga superpuesta.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE CADA TRANSISTOR (Q1)


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.


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.


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.


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.


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.


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%.


2111 // oombmv rrggA

111 mo gr Normalmente , por lo que


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



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.


• 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


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


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




2111

1

11

oombm

mv

rrgg

gA

11

1

mbm

mv gg

gA

211

||||1

oomb

S rrg

R Reemplazando


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.


EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR:

ESQUEMÁTICO


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


EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN COMMON DRAIN Ó FUENTE SEGUIDOR: SEÑALES DE

ENTRADA Y SALIDA


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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