UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, BOGOTÁ D.C.
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Práctica 8: Transistor MOSFET en circuitos amplificadores David Santiago Daza Quiroga
[email protected], Fabian Hernan Villegas Manrique
[email protected],
[email protected], Nicolas Moreno Franco
[email protected] [email protected]
—Signal amplifie amplifiers rs are the basic basic applica application tionss we Abstract Abstract —Signal have for a MOSFET transistor, thus the need to analyze and understand how it works as they are critical in more complex structures. A study conducted in this laboratory report. Index Terms—MOSFET, Zone of saturation, Amplifier, Common source, Common drain, Source follower.
I. INTRODUCCIÓN
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N el pres presen ente te info inform rmee se mues muestr tran an los los resu result ltad ados os obtenidos durante la práctica de laboratorio en la cual se realizó la verificación del comportamiento de algunos tipos de amplificadores, y el análisis de los mismos, también se comprueba el comportamiento de una fuente de corriente de espejo sometido a distintas cargas.
En concreto se estudiará el amplificador de fuente común y de drenaje común, así como la resultante de su combinación en serie. II. MARCO TEÓRICO Entre los tipos de amplificadores básicos que tenemos para dispositivos MOSFET, tenemos el fuente común y el drenaje común o seguidor de fuente.
Figura 2.1.2. Modelo de pequeña señal amplificador fuente común [2]. De donde tenemos las relaciones: Av =
Ai =
vout = −gm (go vin
−1
||RD ||RL )
Iout Zin Zi n (R1||R2) Av = − gm (go = I in RL RL
−1
||RD ||RL )
Para esta configuración se obtienen valores valores altos de ganancia (mayor a 1) para la señal de entrada, ya sea de tensión o de corriente.
B. Amplificador de Drenaje Común o Seguidor de Voltaje
El esquema general puede verse en la figura 2.2.1. A. Amplificador de Fuente Común
Figura 2.2.1. Amplificador seguidor de voltaje [3]. Figura 2.1.1. Amplificador fuente común [1]. Su modelo de pequeña señal puede verse en la figura 2.1.2.
El correspondiente modelo de pequeña señal puede verse en la figura 2.2.2.
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V. PREGUNTAS A. ¿A qué se debe el hecho de que la resistencia de carga de las fuentes de corriente deba estar en un rango determinado de valores, o de lo contrario no se garantizará el funcionamiento como espejo de corriente?
Figura 3.11. Transferencia de tensiones. Finalmente, uniendo los circuitos de fuente común y drenaje común como lo ilustra el esquema del circuito 5, y con los valores para los elementos ya utilizados, tenemos V 0 pp = 70 mV con una ganancia de Av = 0,35 V/V.
Al aumentar el valor de la resistencia de carga con valores muy altos respecto al valor de referencia, la corriente a través del transistor disminuye drásticamente afectando la eficiencia de la fuente de corriente para el valor calculado. Dado que la resistencia de referencia no es alterada, se garantiza que los transistores siempre están en saturación, por tanto el aumento de la resistencia de carga hace que la fuente que alimenta la configuración no posea la suficiente potencia para suplir los requerimientos cada vez mayores de corriente que exige la carga. Por lo anterior se puede considerar una fuente de corriente ideal para valores de carga menores a 8 k Ω, en donde la corriente es constante de 1 mA.
Figura 3.12. Circuito 5, Amplificación en cascada. IV. ANÁLISIS El circuito 1, la fuente de corriente, al variar RL como lo muestra la TABLA 3.1 y la gráfica correspondiente, se deduce que dicha corriente disminuye para valores superiores para RL a los 8 kΩ, alejándose del valor ideal de 1 mA. Por tanto RL no debe superar los 8 kΩ. En el circuito 2 tenemos Zi = R1 || R2, Zi = 2.85 M Ω, Zo = RL || RD, Zo = 5.05 kΩ. La tabla de variación de frecuencias de entrada para el circuito 3.2 devela que no incide en la ganancia de respuesta del circuito ya que se mantiene en valores muy estables y cercanos entre sí. Para el circuito 3 tenemos Zi = R1 || R2, Zi = 2,85 M Ω, Zo = RL || RD, Zo = 5.05 kΩ.
B. Describa la transición del transistor Q1 (fuentes de corriente en espejo) a través de las regiones de operación del Mosfet, conforme la resistencia RL aumenta desde RL = 0 hasta RL → ∞
Los transistores siempre estarán en saturación por tanto tendrá un comportamiento constante de 1 mA hasta la carga máxima soportada, en donde empezará a decaer la corriente con el aumento de la carga. Lo anterior implica la determinación previa de valores y selección del transistor en función de la corriente esperada y la carga máxima a soportar. C. Describa el comportamiento real de los circuitos amplificadores en función de la frecuencia de trabajo y explique en sus propias palabras a que se puede deber este fenómeno
Dada la evidencia encontrada, no podemos inferir variaciones importantes en relación a la ganancia de los distintos amplificadores dado por la variación de la frecuencia de la señal.
Al variar la frecuencia, de forma semejante al caso D. Basado en la teoría y en los diseños realizados, realice anterior, no se devela incidencia en la variación de la una breve descripción de las ventajas, desventajas y posibles ganancia, permaneciendo constante dentro de la gama de escenarios de aplicación, para cada una de las cuatro con figuraciones de amplificadores trabajadas. Tenga en cuenta frecuencias. En el circuito 4 tenemos Zi = R1 || R2, Zi = 750 Ω , Zo = RL || RS, Zo = 110 Ω .
aspectos como ganancia, frecuencia de trabajo y limitaciones de pequeña señal, impedancias de entrada y salida, entre otros.
Al variar la frecuencia de entrada no se evidencia variación en la relación de ganancia del circuito.
La configuración de fuente común ofrece impedancias de entradas altas y de salidas bajas, y una ganancia alta aunque la salida está invertida respecto a la señal de entrada.
Finalmente con el circuito 5, como la unión de los circuitos 2 y 4, se encontró que su ganancia de 0,35 V/V.
Los amplificadores de drenaje común también llamados seguidor de tensión se utilizan generalmente para acoples de
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impedancias. El circuito combinado último en su fase inicial amplifica una señal de tensión que en su segunda parte procurará entregar de la forma más limpia a través del drenaje común.
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VI. CONCLUSIONES La potencialidad de un elemento no radica necesariamente en la complejidad de su funcionalidad, puede ser una cualidad que logre emerger gracias al ingenio de quien cree sus posibilidades. Ejemplos claros son la rueda y los semiconductores; en su sencillez se fundamenta nuestro pasado, presente y futuro. En el análisis de circuitos es práctico y eficiente recurrir a modelos ideales de comportamiento para los distintos elementos, sin embargo no hay que olvidar que para su implementación real es necesario nuevamente realizar dichos análisis con parámetros reales. Analizar un elemento de un circuito con modelos matemáticos más precisos (como el diodo) puede ser complejo, aún más si se combinan varios elementos en distintas configuraciones, por ello, el uso de un buen software de simulación puede ser de gran utilidad, ahorrando esfuerzo, tiempo y evitando el error humano en la ejecución lineal de cálculos.
VII. REFERENCIAS [1] Francisco J. Franco P. AMPLIFICADORES DE ENTRADA SIMPLE [Online]. Página: 17. Tomada de: https://cv3.sim.ucm.es/access/content/group/portal-uatducma43/webs/material_original/apuntes/PDF/04_amplificadores_ent rada_simple.pdf [2] Francisco J. Franco P. AMPLIFICADORES DE ENTRADA SIMPLE [Online]. Página: 16. Tomada de: https://cv3.sim.ucm.es/access/content/group/portal-uatducma43/webs/material_original/apuntes/PDF/04_amplificadores_ent rada_simple.pdf [3] Francisco J. Franco P. AMPLIFICADORES DE ENTRADA SIMPLE [Online]. Página: 37. Tomada de: https://cv3.sim.ucm.es/access/content/group/portal-uatducma43/webs/material_original/apuntes/PDF/04_amplificadores_ent rada_simple.pdf [4] Francisco J. Franco P. AMPLIFICADORES DE ENTRADA SIMPLE [Online]. Página: 39. Tomada de: https://cv3.sim.ucm.es/access/content/group/portal-uatducma43/webs/material_original/apuntes/PDF/04_amplificadores_en trada_simple.pdf [5] Jair F. Ladino M. Transistor MOSFET en circuitos amplificadores [online]. Página: 2. Tomada de: https://drive.google.com/viewerng/viewer?a=v&pid=sites&srci d=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGVjdHJvbmljYWFuYWx vZ2F1bmFsfGd4OjE0YmE1NGRhMDYzNDljYjI&u=0
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[6] Jair F. Ladino M. Transistor MOSFET en circuitos amplificadores [online]. Página: 3. Tomada de: https://drive.google.com/viewerng/viewer?a=v&pid=sites&srci d=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGVjdHJvbmljYWFuYWx vZ2F1bmFsfGd4OjE0YmE1NGRhMDYzNDljYjI&u=0 [7] Jair F. Ladino M. Transistor MOSFET en circuitos amplificadores [online]. Página: 3. Tomada de: https://drive.google.com/viewerng/viewer?a=v&pid=sites&srci d=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGVjdHJvbmljYWFuYWx vZ2F1bmFsfGd4OjE0YmE1NGRhMDYzNDljYjI&u=0 [8] Jair F. Ladino M. Transistor MOSFET en circuitos amplificadores [online]. Página: 4. Tomada de: https://drive.google.com/viewerng/viewer?a=v&pid=sites&srci d=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGVjdHJvbmljYWFuYWx vZ2F1bmFsfGd4OjE0YmE1NGRhMDYzNDljYjI&u=0
