amplificadores mosfet en fuente comun

Melissa Montero Bonilla

Pedro Alpízar Salas Ricardo Montero

RuizMarco Madrigal

Solano

AMPLIFICADORES MOSFET EN FUENTE COMUN

INFORMACION GENERAL

• También conocido como amplificador de fuente a tierra.

• Es una de las configuraciones más utilizadas.

• Se garantiza una tierra de señal o tierra de ac mediante un condensador de desvío o derivación para señales pequeñas.

• A menor frecuencia, menos efectivo es el condensador de derivación.

INFORMACION GENERAL

• Se aproxima que el condensador de desvió es un corto circuito para la señal de ac.

• La polarización en CD del MOSFET se mantiene constante mediante el uso de condensadores de acople.

• Debe escogerse un valor de capacitancia tal que permita el paso de todas las frecuencias de señal de interés.

INFORMACION GENERAL

• La carga puede tratarse de un resistor de carga real o la entrada a otro amplificador.

• Para el análisis se utiliza el modelo de pequeña señal.

• El amplificador es unilateral por lo que:

osal

ient

RR

RR

CIRCUITO BASICO

• Normalmente las capacitancias utilizadas son del orden de

Condensadores de acople

Condensador de desvío

F

OTROS DISEÑOS DEL AMPLIFICADOR CS.

• La implementación de RF le proporciona mayor estabilidad al circuito ante cambios en ID.

DSFG

GGS V

RR

RV

DSGS VV

CARACTERÍSTICAS DE SALIDA

• Mediante RF se puede apartar el punto de operación del borde de la región de saturación.

ANALISIS EN PEQUEÑA SEÑAL

• Como es conocido el MOSFET es una fuente de corriente controlada por voltaje esta fuente entrega en razón de la transconductancia

• Circuito podría ser cambiado, remplazando únicamente el transistor por esta fuente dependiente de corriente, esta fuente de corriente trae con ella una resistencia alta r0 en paralelo

ANALISIS EN PEQUEÑA SEÑAL

• Del modelo se puede observar que la ganancia de voltaje esta dado por

• Pero debido a que esto es solo para un voltaje en circuito abierto, pero si se muestra con resistencia de carga el cual es:

• Y su ganancia general estará dada por:

Dmv RrgA ||0

LDmseñalG

Gv RRrg

RR

RG ||||0

LDmv RRrgA ||||0

ANALISIS EN PEQUEÑA SEÑAL

• Como se muestra a continuación el circuito se puede ver como:

• Ya analizando el circuito en el modelo de pequeña señal del MOSFET con esto se desprenden las siguientes ecuaciones:

ig = 0

Rent =RG

Tomado del libro Circuitos Microelectrónicos

(Ejercicios 4.30)

EJEMPLO

Considere el circuito de la figura para el caso en que :

• VDD=VSS=10V

• I=0.5mA

• RG=4,7MΩ

• RD=15kΩ

• Vt=1,5V

• k'n(W/L)=1mA/V².

Encuentre Vov, VGS,VG y VD. Además calcule los valores de gm y ro, cuando VA=75V.

• ID es igual a la corriente indicada por la fuente de corriente.

• La corriente gate es cero, por tanto no habrá caída de tensión en RG

ID=I

IG=0A

Para obtener VoV:

ovk'n(W/L)VDI 2

1

k'n(W/L)DI

ovV2

)1(

)5.0(22mAV

mAovV

VovV 1

• Para obtener VGS:

• Como el voltaje en gate es 0V, el voltaje de source corresponde a - VGS

VtVV GSov

tovGS VVV VVVGS 5.11 VVGS 5.2

VS=-2.5VVGS=2.5V

• Para obtener VD:

DDDDD IRVV

)5.0(1510 mAkVVD

VVD 5.2

VD=2.5V

• Circuito equivalente

• Donde gm se obtiene:

• Y la ro es:

ovk'n(W/L)Vgm

)1(/1 2 VVmAgm

VmAgm /1

D

Ao I

Vr

mA

Vro 5.0

75

kro 150

Tomado del libro Circuitos Microelectrónicos

(Ejercicios 4.32)

EJEMPLO

Ejercicio 4.32

Considerando un amplificador CS basado en el ejemplo anterior, se realiza dos diferentes análisis primero sin tomar en cuenta a ro

Ejercicio 4.32

Del análisis anterior se conoce que:

IG = 0 A

ID = I =0.5 mA

VOV = 1 V

VS = -2.5 V

Ejercicio 4.32

Además se calculó:gm = 1 mA/V

r0 = 150 kΩ

De lo que pueden extraerse los modelos propuestos

Ejercicio 4.32

Sin ro:Dado que el circuito es unidireccional:

Su ganancia de voltaje en circuito abierto está dada por:

Y su resistencia de salida se puede obtener:

Con ro:• Dado que el circuito es unidireccional:

• Su ganancia de voltaje en circuito abierto está dada por:

• Y su resistencia de salida se puede obtener:

Ejercicio 4.32

Ejercicio 4.32

Por último se solicita determinar la ganancia general de voltaje, para el caso en que:

RSEÑAL=100kΩ

RL=15kΩ

Ejercicio 4.32

Tomando en cuenta la resistencia r0 y los valores dados:

RSEÑAL = 100kΩ RL = 15kΩ

Se obtiene la ganancia general de voltaje:

De esta forma si VSEÑAL es una senoide de 0.4 VPICO-PICO

La señal V0 que se obtiene en la salida es una senoide de 2.8 Vpico-pico desfasada 180º y superpuesta en un voltaje de +2.5 V de drenaje de DC

Ejercicio 4.32