Usuario:Alejandroruiz1995/Taller

Amplificadores MOS de una etapa

En el caso de los amplificadores MOS discretos, el estudio de los amplificadores MOS de circuito integrado (IC) Además de ser útiles por derecho propio, los amplificadores discretos de MOS son algo más fácil de entender que sus contrapartes de IC por dos razones principales: La separación entre Las cantidades de CC y señal son más obvias en circuitos discretos, y los circuitos discretos utilizan resistencias Como amplificador carga. En contraste, los amplificadores IC MOS emplean fuentes de corriente constante como cargas de amplificador, implementadas con MOSFET y resultando en circuitos más complicados. Así los circuitos estudiados en esta sección. debe proporcionarnos una introducción al tema de las configuraciones del amplificador MOS y una base sólida sobre la cual construir durante nuestro estudio de los amplificadores IC MOS .Dado que en circuitos discretos, la fuente MOSFET suele estar ligada al sustrato, el cuerpo El efecto estará ausente. Por lo tanto, en esta sección no tendremos en cuenta el efecto del cuerpo. Además, en algunos circuitos descuidaremos r0 para mantener el análisis simple y enfocar nuestra atención en esta etapa temprana en las características más destacadas de las configuraciones de amplificador estudiadas.

La estructura

La Figura 1 muestra el circuito básico que utilizaremos para implementar las diversas configuraciones de los amplificadores MOS de circuito discreto. Entre los diversos esquemas para polarizar MOS discreta. amplificadores que hemos seleccionado, tanto por su eficacia como por su simplicidad, los uno que emplea la polarización de corriente constante. La figura 1 indica la corriente de CC y los voltajes de CC. resultando en varios nodos.

Características

Al comenzar nuestro estudio de los circuitos amplificadores MOS, es importante saber cómo caracterizar El rendimiento de los amplificadores como bloques de construcción de circuitos. Una introducción a este tema fue presentado en la Sección 1.5. Sin embargo, el material de la Sección 1.5 se limitó a unilateral amplificadores En este libro estudiaremos algunos de los circuitos amplificadores, aunque ninguno en Este capítulo, no son unilaterales; es decir, tienen retroalimentación interna que puede causar su entrada Resistencia a depender de la resistencia de carga. Del mismo modo, retroalimentación interna puede causar la salida. La resistencia depende del valor de la resistencia de la fuente de señal que alimenta el amplificador. Para acomodar los amplificadores no unilaterales, presentamos, en la Tabla 4.3, un conjunto general de parámetros y circuitos equivalentes que emplearemos para caracterizar y comparar.Amplificadores de transistores. Una serie de comentarios están en orden:

1. El amplificador se muestra alimentado con una fuente de señal que tiene un voltaje de circuito abierto vsig y una resistencia interna Rs i g. Estos pueden ser los parámetros de una fuente de señal real o el equivalente de Thevenin del circuito de salida de otra etapa del amplificador que precede el que estamos estudiando en un amplificador en cascada. De manera similar, RL puede ser una resistencia de carga real o la resistencia de entrada de una etapa de amplificador sucesiva en un amplificador en cascada.

2. Los parámetros Rt, R0, Av0, Ais y Gm pertenecen al amplificador propiamente dicho; es decir, no lo hacen depende de los valores de Rsig y RL. Por el contrario, Rin, Rout, Av, At, Gv0 y Gv pueden depender de uno o ambos de Rsig y RL. Además, observar las relaciones de las parejas relacionadas de estos parámetros; por ejemplo, Ri = ^ i n | f l i = „, y Ra = Rom \ R. = 0.

3. Como se mencionó anteriormente, para los amplificadores no unilaterales, Rin puede depender de RL y Rout puede depender de Rsig. Aunque ninguno de los amplificadores estudiados en este capítulo son de este tipo, encontraremos amplificadores MOSFET No existen tales dependencias para los amplificadores unilaterales, para los cuales Rm = Rt y Ront = R0.

4. La carga del amplificador en la fuente de señal está determinada por la resistencia de entrada Ria el valor de Rin determina la corriente que el amplificador extrae de la fuente de señal También determina la proporción de la señal vsig que aparece en el entrada del amplificador propiamente dicho (es decir, vt).

El amplificador de fuente comun(SC)

La configuración de fuente común (CS) o de fuente con conexión a tierra es la más utilizada de todas circuitos amplificadores MOSFET. Un amplificador de fuente común realizado utilizando el circuito de La Fig. 1 se muestra en la Fig.2. Observe que para establecer una señal de tierra, o una tierra de ca como a veces se llama, en la fuente, hemos conectado un condensador grande, Cs, entre el Fuente y tierra. Este condensador, generalmente en el rango de pF, se requiere para proporcionar una muy pequeña impedancia (idealmente, impedancia cero; es decir, en efecto, un cortocircuito) en todas las frecuencias de señal de interesar. De esta manera, la corriente de señal pasa a través de Cs a tierra y, por lo tanto, pasa por alto la salida resistencia de la fuente de corriente I (y cualquier otro componente del circuito que pueda estar conectado a la fuente MOSFET); por lo tanto, Cs se llama un condensador de derivación. Obviamente, cuanto menor sea la señal Frecuencia, menos efectivo se vuelve el capacitor de derivación. Para nuestros propósitos aquí, asumiremos que Cs actúa como un cortocircuito perfecto. y por lo tanto está estableciendo un voltaje de señal cero en la fuente MOSFET. Para no alterar la corriente de polarización y los voltajes de CC, se muestra la señal a amplificar Como fuente de voltaje v $ ig con una resistencia interna Rsia, se conecta a la puerta a través de una gran Condensador C C 1. El condensador Ccl, conocido como condensador de acoplamiento, debe actuar como un perfecto cortocircuito en todas las frecuencias de señal de interés mientras se bloquea dc. Aquí nuevamente, notamos que a medida que la frecuencia de la señal disminuye, la impedancia de Ccl (es decir, l / j (0Ccl) aumentará y su eficacia como condensador de acoplamiento se reducirá correspondientemente. Este problema tambien se considerará en la Sección 4.9 cuando la dependencia de la operación del amplificador en la frecuencia se estudia Para nuestros propósitos aquí, asumiremos que Ccl está actuando como un corto perfecto. Circuito en lo que se refiere a la señal. Antes de salir de C C 1, debemos señalar que en situaciones donde la fuente de señal puede proporcionar una ruta de CC adecuada a tierra, la puerta puede se puede conectar directamente a la fuente de señal y se puede prescindir tanto de RG como de Ccl. La señal de voltaje resultante en el drenaje se acopla a la resistencia de carga RL a través de otra condensador de acoplamiento CC2. Asumiremos que CC2 actúa como un cortocircuito perfecto en todas las señales.Frecuencias de interés y por lo tanto que la tensión de salida va = vd. Tenga en cuenta que RL puede ser una resistencia de carga real, a la que se requiere que el amplificador proporcione su señal de voltaje de salida, o puede ser la resistencia de entrada de otra etapa de amplificación en los casos en que más de una etapa se necesita de amplificación. Para determinar las características terminales del amplificador CS, es decir, su resistencia de entrada, ganancia de voltaje y resistencia de salida: reemplazamos el MOSFET con su pequeña señal modelo. El circuito resultante se muestra en la figura 2. Al principio observamos que esta el amplificador es unilateral. Por lo tanto, RiB no depende de RL y, por lo tanto, Rin ^ Rt. Además, Roat no dependerá de Rsig, y por lo tanto Roat = R0. El análisis de este circuito es sencillo y procede de una manera paso a paso, desde la fuente de la señal hasta la carga del amplificador. En la entrada Por lo general, RG se selecciona muy grande (por ejemplo, en el rango M Q) con el resultado de que en muchas aplicaciones Rc> Rsig y

Ahora

sig

y

v0 = -gmvgs (r0 \\ RD \\ RL)

Así, la ganancia de voltaje Av es

K = ~ gm (r01 | RD || RL)

y la ganancia de voltaje de circuito abierto Av0 es

Ko = - ^ ('"Jl ^ fj)

La ganancia general de voltaje de la fuente de señal a la carga será

Ru

R, „+ R Slg Rr

Rr, + R • gm (r0 \\ RD IIRL)

Slg Finalmente, para determinar la resistencia de salida del amplificador ivo u t, ajustamos vsig a 0; es decir, reemplazamos

el generador de señal vsi $ con un cortocircuito y mirar hacia atrás en el terminal de salida, como se indica

en la figura El resultado se puede encontrar por inspección como

Rn \ Rvr f l

Como hemos visto, incluir la resistencia de salida v0 en el análisis del amplificador CS es directo: como r0 aparece entre el drenaje y la fuente, en efecto aparece en paralelo con RD. Dado que suele ser el caso de que r0> RD, el efecto de ra será una ligera disminución en La ganancia de voltaje y una disminución de Roat, ¡este último es un efecto beneficioso! aunque los modelos de circuitos equivalentes de pequeña señal proporcionan un proceso sistemático para el análisis de cualquier circuito amplificador, el esfuerzo involucrado en dibujar el circuito equivalente es a veces no se justifica. Es decir, en situaciones simples y después de mucha práctica, uno puede realizar el análisis de pequeña señal directamente en el circuito original. En tal situación, la pequeña señal el modelo MOSFET se emplea implícitamente en lugar de explícitamente. Comenzado en esta dirección, mostramos en la 2 el análisis de pequeña señal del amplificador CS realizado en una versión algo simplificada del circuito. este análisis y correlacionarlo con el análisis utilizando el circuito equivalente de la figura 2