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El transistor MOSFET: Amplificadores y fuente de corriente Bonilla Pico Cristhian. Universidad Nacional de Colombia.

Abstract—Then the use of MOSFET transistors as aplificador as mirror current source is observed. Each of the assemblies will conduct an analysis to determine its operation. Using for this simulations, mathematical calculations and practical results. Palabras clave—Transistor, amplificador, circuito, ganancia.

I.

señal,

corriente,

Se denomina amplificador de fuente común debido a que las señales de entrada y salida se toman respecto al mismo punto, que para este caso es la fuente o source del transistor. Su principal función es la de amplificar la señal de entrada, con una ganancia significativa.

INTRODUCCIÓN.

En el siguiente informe se describirá el los transistores MOSFET, en la amplificador y de espejo de corriente. estos montajes se realizara un análisis cálculos teóricos y resultados obtenidos. II.

voltaje,

B. AMPLIFICADOR FUENTE COMÚN

funcionamiento de configuración de Para cada uno de con simulaciones,

MARCO TEORICO

A. FUENTE ESPEJO DE CORRIENTE Una fuente espejo de corriente funciona al conectar dos transistores de forma simétrica y de esta manera, la corriente que pasa por la resistencia de uno de los transistores es replicada en el otro transistor. Como se muestra en la imagen 1. [1]

IMAGEN 2. AMPLIFICADOR DE FUENTE COMUN.

Para realizar el análisis del circuito de la imagen 2. Es necesario usar el modelo pi de la imagen 3, para así lograr determinar las ecuaciones de funcionamiento del circuito.

IMAGEN 1. FUENTE ESPEJO DE CORRIENTE

Para que el valor de la corriente se considere idéntica el valor de las resistencias Rref y RL debe ser aproximadamente el mismo. El valor de la corriente que se va a replicar es determinando por la ecuación 1. (1)

IMAGEN 3. MODELO PI DEL AMPLIFICADOR DE FUENTE COMUN.

Donde la resistencia que une Gate y tierra es el equivalente al paralelo de R1 y R2. Del mismo modo para RD que es el equivalente del paralelo entre RL y RD. De este modelo se obtienen las ecuaciones 2, 3, 4, 5 y 6. Con las cuales se

pueden obtener los valores de todas las resistencias y los condensadores. (2) √

(3) (4) (5) (6)

. C. AMPLICADOR DEGENERADO.

FUENTE

COMÚN

Es una variación de la configuración de fuente común en la que se extrae el condensador conectado a la fuente. Como se observa en la imagen 4. Esta extracción genera un cambio en la ecuación 2. Debido a que en el modelo pi se agrega la resistencia Rs entre source y tierra. La ecuación resultante 2’.

IMAGEN 5. AMPLIFICADOR DE DRENAJE COMUN.

Al analizar el circuito se obtiene la ecuación 7. Que determinan el voltaje de salida Vo. (7)

E. AMPLIFICADOR EN CONFICURACION CASCADA Este amplificador es la combinación del amplificador de fuente común y drenaje común. De esta manera se obtiene un amplificador que da una ganancia considerable y además reduce la impedancia de entrada.

IMAGEN 4. AMPLIFICADOR FUENTE COMUN DEGENERADO.

(2’) De esta manera la ganancia de salida se ve reducida debido a que gm es de valor negativo reduciendo la ganancia total.

IMAGEN 6. AMPLIFICADOR EN CONFIGURACION DE CASCADA

III.

ANALISIS DE RESULTADOS

D. AMPLIFICADOR DE DRENAJE COMUN Es otra configuración de amplificador se usa principal mente para disminuir la impedancia de entrada de la señal. Debido a esto la ganancia del circuito es igual o menor a 1.

A. FUENTE ESPEJO DE CORRIENTE Al realizar la simulación de la fuente espejo de corriente se obtienen las imágenes 7 y 8. De las cuales se analizan los valores de RL para los cuales la corriente es aproximadamente 1 mA.

resistencia RL aumenta la corriente que pasa a través del transistor.

1.5 1 0.5 7.94

8.22

8.67

8.92

9.04

9.62

9.82

10.06

10.46

10.8

0 11.06

Corriente I (mA)

Corriente vs Resistencia

Resistencia RL k IMAGEN 7. FUENTE ESPEJO DE CORRIENTE CON RL DE 11K GRAFICA 1. CORRIENTE VS RESISTENCIA.

B. AMPLIFICADOR DE FUENTE COMUN Realizando los cálculos teóricos correspondientes, se espera obtener un resultado similar al presentado en la imagen 9A.

IMAGEN 8. FUENTE ESPEJO DE CORRIENTE CON RL DE 9K

Al realizar el análisis experimental se obtiene que los valores máximos y mínimos de RL para que la corriente sea de aproximadamente 1mA, son de 11k y 8k. Al variar el potenciómetro en estos valore se logra la tabla 1. TABLA 1.VALORES DE CORRIENTE AL VARIAR RL.

I (mA) 0.85 0.87 0.90 0.93 0.95 0.97 1.00 1.03 1.05 1.08 1.10

RL (k) 11.06 10.80 11.46 10.06 9.82 9.62 9.04 8.92 8.67 8.22 7.94

Al graficar los valores de la tabla 1 se obtiene la gráfica 1. En la cual se observa que a medida que aumenta la

IMAGEN 9A. SEÑAL ESPERADA DE FUENTE COMUN.

Al realizar el respectivo montaje del circuito de fuente común se obtiene un voltaje de salida de 1vp. Teniendo así una ganancia de 5. Como se observa en la imagen 9B.

IMAGEN 9B. SEÑAL DE ENTRADA Y DE SALIDA EN FUENTE COMUN.

Al realizar las mediciones de impedancias se obtiene que la impedancia de entrada es de 20k ohmios y la impedancia de salida es de 10k ohmios. Para terminar de hacer el análisis en el amplificador de fuente común se variaron los valores de la frecuencia en la señal de entrada para observar el comportamiento del circuito. De este proceso se obtuvieron las imágenes 10, 11, 12, 13. Donde se determina que la ganancia varía dependiendo de la frecuencia. IMAGEN 13. FRECUENCIA DE 1 M HERTZ

En la imagen 9 se utiliza la señal con frecuencia de 10 k Hertz. El cambio en la ganancia es más notorio en la imagen 13 debido a que la frecuencia de operación es la más alta, esto genera que los condensadores presentes en el circuito no tengan tiempo para cargar y descargar correctamente.

IMAGEN 10. FRECUENCIA DE 100 HERTZ

La ganancia del circuito se puede observar en la imagen 14. Donde se muestra la relación de voltaje de entrada y voltaje de salida, la pendiente de esta recta debe ser el valor de la ganancia.

IMAGEN 11. FRECUENCIA DE 1 K HERTZ IMAGEN 14. RECTA DE TRANSFERENCIA Vi VS Vo.

C. AMPLIFICADOR FUENTE COMUN DEGENERADO

IMAGEN 12. FRECUENCIA DE 100K HERTZ

Al extraer el condensador que acompaña la resistencia de 47 ohmios se obtiene el amplificador de fuente común degenerado, el cual cambia debido a que la resistencia de 47 ohmios ahora influye en la caída de voltaje sobre la resistencia de carga y deformando la señal. Como se logra observar en la imagen 15.

IMAGEN 15. AMPLIFICADOR FUENTE COMUN DEGENERADO.

IMAGEN 18. FRECUENCIA DE 1M HERTZ.

Cuando se toman medidas de las impedancias se obtiene que la impedancia de entrada se disminuye a 80 ohmios, y la de salida se mantiene en 10 k ohmios.

Del mismo modo que el amplificador anterior el cambio de la ganancia es más visible cuando la frecuencia es de 1M Hz.

De la misma manera que con el amplificador de fuente común, se realizó un análisis por frecuencias para determinar los cambios de ganancia, como se muestra en las imágenes 16, 17, 18 y 19.

D. AMPLIFICADOR DRENAJE COMUN El comportamiento del drenaje común, genera que la señal de entrada tenga una pérdida de voltaje. Pero su función principal es disminuir la impedancia de salida, y actúa como acoplador de circuitos. Al observar la imagen 19, se determina que la onda sufre una caída de voltaje en alrededor de 5 veces su valor inicial.

IMAGEN 16. FRECUENCIA DE 100 HERTZ

IMAGEN 19. AMPLIFICADOR EN DRENAJE COMUN.

De este amplificador se determinan las impedancias de entrada y salida. Para las cuales se obtuvieron valores de 210.9 ohmios en la impedancia de salida y la impedancia de entrada es de 20 k ohmios.

IMAGEN 17. FRECUENCIA DE 1K HERTZ

Al aumentar el valor de la frecuencia sucedo lo mismo que en los circuitos anteriores, la ganancia se ve afectada solo cuando la frecuencia es demasiado alto en el orden de lo mega Hertz.

E. AMPLIFICADOR EN CONFIGURACION CASCADA

[2]. Transistor MOSFET en circuitos amplificadores. http://www.academia.edu/8969034/Transistor_MOSFET_e n_circuitos_amplificadores

La combinación de los circuitos de fuente y drenaje común, da como resultado un amplificador en cascada. En la imagen 20 se presenta la señal de salida del amplificador en cascada. Se logra observar que hay un desfase en la señal. Y la amplificación del aplificador de fuente común se reduce debido a la ganancia del amplificador de drenaje común.

IMAGEN 20. AMPLIFICADOR EN CASCADA

La impedancia de entrada es de 20k ohmios y la impedancia de salida es de 210.9 ohmios, de esta manera se logra obtener un acoplador de circuitos debido a que la perdida de la señal es poca y es la misma frecuencia.

1.

2.

3.

4.

IV. CONCLUSIONES Para que el montaje de fuente espejo de corriente funcione adecuadamente se debe trabajar en un rango de valores para la resistencia. La polarización de los amplificadores es de gran importancia debido a que de estar mal recortan la señal de salida. Al variar la frecuencia en la señal de entrada en los amplificadores, la señal de salida sufre cambios en la ganancia y en la forma de la señal. El amplificador de drenaje común funciona como un reductor de impedancias debido a que no hace una amplificación.

V. [1]. Conceptos Monografías.

de

BIBLIOGRAFÍA electrónica,

teoría

de

circuitos.

http://www.monografias.com/trabajos89/conceptoselectronica-teoria-circuitos/conceptos-electronica-teoriacircuitos3.shtml

[3]. Electrónica: teoría de dispositivos y circuitos electrónicos. Robert l. Boylestad. Pág. 480-483. https://books.google.com.co/books?id=wpRRNiq5V1EC&p g=PA480&lpg=PA480&dq=DRENAJE+COMUN&source =bl&ots=qIXaY7VAk&sig=i8IfbjrfMLpczolgluD9yHvMq8Q&hl=es&sa=X&ei =O01iVbeIG4ejNueLgOgC&ved=0CCgQ6AEwBA#v=one page&q=DRENAJE%20COMUN&f=false