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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ SEDE REGIONAL DE CHIRIQUÍ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA – UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

CODIGO DE ASIGNATURA:

0869

CARRERA: LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA SEMESTRE V 2019 FACILITADOR: ING. EDWIN A. APARICIO M. [email protected] EVALUACION: PARCIALES (3)

35%

PORTAFOLIO ESTUDIANTIL

5%

LABORATORIO

15%

SEMESTRAL

45%

OBJETIVOS GENERALES:

Desarrollar la capacidad de análisis de la operación básica, características de operación, diseño y aplicaciones de los dispositivos electrónicos de dos y tres terminales en circuitos de aparatos electrónicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1. Analizar las características de operación de un diodo en las regiones sin polarización, polarización en directa y polarización en inversa y la aplicación de estas características en el diseño y operación de circuitos con diodos en diversos circuitos de aparatos electrónicos. 2. Analizar las características de operación de un transistor de unión bipolar (BJT) en las regiones activa, de corte y saturación para la determinación de los parámetros de cd y ca utilizados en el diseño y operación de amplificadores y otros aparatos electrónicos. 3. Analizar las características de operación de un transistor de un transistor de efecto de campo (FET) para la determinación de los parámetros de cd y ca utilizados en el diseño y operación de amplificadores y otros aparatos electrónicos.

2

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA – UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Grupo 2IE 121 – 2018 INTEGRANTES: • • • • • • • • • • • • • • • •

3

Reynaldo Solórzano Isaac Trejos Erick Guerra Abdiel Araúz Idaliana Martínez Celine Quintero Eldrige Ríos Bramdon Adan Atencio Jimmy Villamonte Marlon Ríos Otto Wald Alexander Vinda Alexander Wu Cindy Moises

• • • • • • • • • • • • • •

Pedro de la Torre Alan Morales Javier Ríos Víctor Richard Torres Nestor Johan Johanna Jonny Bryan Cubilla Jahanis Hernández 29 30 31

CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ DIOSOS SEMICONDUCTORES Pasos para tener éxito con diodos: 1. Determinar el estado de los diodos. 2. Elaborar el circuito equivalente, se puede desarrollar con diodos. 3. Resolver el circuito equivalente. Algunos materiales semiconductores son: Germanio, Silicio, Arseniuro de Galio. Semiconductores intrínsecos (puros): Silicio Hay dos tipos de portadores: ( - )Electrones, ( + ) Huecos; por lo tanto el flujo de electrones = flujo de los huecos. Semiconductores extrínsecos: Se forman al añadir o dopar materiales semiconductores con impurezas pentavalentes (materiales tipo n) y trivalentes (materiales tipo p). Materiales tipo n: Son de naturaleza pentavalentes (Antimonio o fosforo) al material puro Flujo de electrones > flujo de huecos Portador mayoritario > portador minoritario Tipo n: 𝑒 (−) > ℎ(+) Material tipo p: Se le añaden impurezas trivalentes (Boro, Galio, indio) material puro. Tipo p: ℎ(+) > 𝑒 (−)

Los diodos semiconductores se conforman de material tipo p y uno tipo n

CONDICIONES DE POLARIZACION INVERSA La zona de carga espacial se hace mayor No hay corriente de P a N, pero de N a P ocurre una corriente de saturación inversa de unidad 𝜇𝐴 𝑜 𝑛𝐴 Circuito equivalente: Circuito abierto, corriente = 0 y el voltaje depende del circuito. Además, se puede decir que el diodo esta apagado o D = OFF

CONDICIONES DE POLARIZACION EN DIRECTA: Durante el transcurso del curso se ignora el efecto capacitivo y la resistencia promedio en el diodo, producido por su polarización en directa.

4

CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Se puede decir que el diodo este encendido, ON o conduce. Circuito equivalente ideal o simplificado:

Se trata como cortocircuito, 𝑖𝐷 = 𝑚𝑎𝑥 ; 𝑉𝐷 = 0 Gráfica:

Circuito equivalente aproximado

Se modela como una fuente independiente: 𝑖𝐷 = 𝑚𝑎𝑥 ; 𝑉𝐷 = 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 Gráfica:

Algunos voltajes según el tipo de material: Material Silicio Galio Arseniuro de Galio

Voltaje en directa (EQ. Aproximado) 0.7 V 0.3 V 1.2 V Grafica estándar de transición del diodo semiconductor

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CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ A. Determine el 𝑉𝐷 , 𝑉𝑅 , 𝑖𝐷 por modelo aproximado. B. Invertir el diodo y volver a calcular A. 𝐸: 8 𝑉; 𝑅 = 2.2 𝑘Ω; diodo de silicio. Estado del diodo D = ON Circuito Equivalente aprox:

Solución A: 𝑉𝐷 = 0.7 +𝐸 − 𝑉𝐷 − 𝑅𝑖𝐷 = 0 +8 − 0.7 = (2.2𝑘Ω)𝑖𝐷 𝑖𝐷 =

+8 − 0.7 = 3.318 𝑚𝐴 2.2𝑘Ω

𝑉𝑅 = 𝑅𝑖𝐷 = 3.318 𝑚𝐴 ∗ 2.2𝐾𝑘Ω 𝑉𝑅 = 7.2996 𝑉 Solución B:

LVK:

𝑖𝐷 = 0 𝑝𝑜𝑟 𝐶𝑇𝑂. 𝐴𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜

+𝐸 + 𝑉𝐷 − 𝑅𝑖𝐷 = 0 𝑉𝐷 = −𝐸 = −8 𝑉

Determine I, V1, V2 y Vo para la configuración en serie cd: Estado del diodo: ON, porque (10 − 𝑉1 ) > 𝑉0 y su diferencia es mayor que 0.7 V CTO. Equivalente:

Solución: Por LVK +10 − 𝑉1 − 𝑉𝐷 − 𝑉2 + 5 = 0 +10 − 𝑅1 𝐼 − 𝑉𝐷 − 𝑅2 𝐼 + 5 = 0 𝐼=

10 − 0.7 + 5 = 2.072 𝑚𝐴 4.7𝑘 + 2.2𝑘

𝑉1 = 𝐼(4.7𝑘) = 9.738 𝑉 𝑉2 = 𝐼(2.2𝑘) = 4.558 𝑉 𝑉0 = +𝑉2 − 5 = −0.442 𝑉

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CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ Determine Vx del siguiente circuito. Parámetros: diodos de silicio, modelo aprox. Estados de los diodos: D1 – ON porque Vx ( + ) > 0.7 material tipo P. D2 – OFF porque Vx ( + ) > 0.7 material tipo N.

Circuito Equivalente: Solución: LVK +𝐸1 − 2.2𝑘 ∗ 𝐼 − 𝑉𝐷1 − 𝐸2 = 0 𝐼=

20 − 0.7 − 4 = 6.95 𝑚𝐴 2.2𝑘 𝑉𝑥 + 𝑅1 ∗ 𝐼 − 𝐸1 = 0

𝑉𝑥 = −(2.2 ∗ 6.95) + 20 𝑉𝑥 = 4.71 𝑉

Determine Vo para la configuración de la figura D1 = On y D2 = OFF 𝑉1 − 𝑉𝐷1 − 𝑅𝐼𝐷1 = 0 𝐼𝐷1 =

6 − 0.7 = 5.3𝑚𝐴 1𝑘

𝑉0 = 𝐼𝐷1 𝑅 = 5.3 𝑉

Determinar V en el circuito siguiente:

7

CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Estados: D1 = On D2 = Off Div de tensión 𝑉 = 15 (

8

10 ) = 10 𝑉 5 + 10

CAPITULO I: DIODOS - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

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CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ Transistor FET El transistor de efecto de campo (FET) es un dispositivo unipolar. Opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea por la corriente de electrones en un FET de canal n o con corriente de huecos en un FET canal p. Es un dispositivo de 3 terminales que contiene una unión p-n básica y puede construirse como un FET de unión (JTET) o como un FET metal oxido semiconductor (MOSFET) JFET Canal N

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JFET Canal P

Símbolo en “NEAMEN”

Símbolo en “NEAMEN”

Símbologia de “BOYLESTAD”

Símbologia de “BOYLESTAD”

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Características JFET    

Gran impedancia de entrada. Menor sensibilidad ante cambios de la señal AC aplicada. Mayor estabilidad a la temperatura. Son frecuentemente de construcción más pequeña.

El JFET es controlado por voltaje 3 tipos de regiones 1. 2. 3.

Ohmica 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑃 Saturación (Activa)  𝑉𝐺𝑆 = 0 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑃 Corte 𝑉𝑃 = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑜𝑐𝑙𝑢𝑠𝑖ó𝑛

CARACTERISTICA DE TRANSFERENCIA

Ecuación de Shockley 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 −

𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝑃

) ;donde 𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑦 𝑉𝑃 𝑠𝑜𝑛 𝑐𝑡𝑒𝑠.

Cuando 𝑉𝐺𝑆 = 0 −→ 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 además cuando 𝑉𝐺𝑆 = 0 −→ 𝐼𝐷 = 0 𝑚𝐴

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CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO, DECRECIMEINTO, AGOTAMIENTO o VACIAMIENTO MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO

Canal N Se forma sobre un sustrato p. La fuente y el drenaje se conectan mediante un metal (aluminio) a las regiones de fuente y drenaje con impurezas n, las cuales son conectadas internamente por una región de canal con impurezas n. Opera con voltajes positivos o negativos de compuerta fuente 𝑉𝐺𝑆 debido a que la terminal de compuerta se encuentra aislada del canal. Características

Canal P Se forma sobre un sustrato n. La fuente y el drenaje se conectan mediante un metal (aluminio) a las regiones de fuente y drenaje con impurezas p, las cuales son conectadas internamente por una región de canal con impurezas p. Opera con voltajes positivos o negativos de compuerta fuente 𝑉𝐺𝑆 debido a que la terminal de compuerta se encuentra aislada del canal.

GRÁFICA

GRÁFICA

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CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ Símbolos

Símbolos

MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO o ACRECENTAMIENTO El MOSFET de enriquecimiento no tiene canal entre el drenaje y la fuente como parte de la construcción básica del dispositivo. La aplicación de un voltaje positivo compuerta fuente 𝑉𝐺𝑆 que supere el valor del voltaje de umbral 𝑉𝑇 producirá la corriente de drenaje 𝐼𝐷 y su incremento. Canal N Canal P

Simbología canal N

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Simbología canal P

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Ecuación que hay que tomar en cuanta cuando se trabaja con MOSFET de enriquecimiento. 𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇 )2 𝑘=

W = Ancho del canal

𝐼𝐷(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) (𝑉𝐺𝑆(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) − 𝑉𝑇 )

2

(𝑒𝑛 𝐵𝑜𝑦𝑙𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑)

μ = movilidad de los electrones o huecos 𝐶0𝑥 = Capacitancia del oxido por unidad de área

𝑊𝜇𝐶0𝑥 𝑘= (𝑒𝑛 𝑁𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛) 2𝐿

L = Longitud del canal

Hay que tener en cuenta que la variable de entrada para un transistor BJT es un nivel de corriente, pero para el FET la variable de control será el voltaje. POLARIZACIÓN DE LOS JFET 1. Configuración de polarización fija:

CTO. Equivalente

Malla G-S −𝑉𝐺𝐺 − 𝑅𝐺 𝐼𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 = 0 𝑉𝐺𝑆 = −𝑉𝐺𝐺 Malla D-F 𝑉𝐷𝐷 = 𝐼𝐷 𝑅𝐷 + 𝑉𝐷𝑆 Donde: 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 − Por inspección 𝑉𝑆 = 0

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𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝑃

)

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ 2. Configuración de Autopolarización:

CTO. Equivalente

Malla G-S 𝑉𝐺𝑆 = −𝐼𝐷 𝑅𝑆 ; porque 𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 Malla D-S 𝑉𝐷𝑆 − 𝐼𝐷 (𝑅𝑆 + 𝑅𝐷 )

𝑉𝑆 = 𝐼𝑆 𝑅𝑆 𝑉𝐺 = 0 𝑉𝐷 = 𝑉𝐷𝑆 + 𝑉𝑆 = 𝑉𝐷 − 𝑉𝑅𝐷

3. Configuración por divisor de tensión:

CTO. Equivalente

𝑉𝑇𝐻 =

𝑉𝐷𝐷 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2

𝑅𝑇𝐻 =

𝑅1 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2

Malla G-S −𝑉𝑇𝐻 − 𝑅𝑇𝐻 𝐼𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 − 𝐼𝐷 𝑅𝑆 = 0 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑇𝐻 − 𝐼𝐷 𝑅𝑆

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Malla D-S 𝑉𝐷𝐷 − 𝑅𝐷 𝐼𝐷 − 𝑉𝐷𝑆 − 𝑅𝑆 𝐼𝐷 = 0 𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷 − (𝑅𝐷 + 𝑅𝑆 )𝐼𝐷 𝑉𝐷 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 𝑅𝐷

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ POLARIZACION MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO 𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝐺𝑆(𝑇ℎ) ) 𝑘=

𝑘=

2

𝐼𝐷(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) (𝑉𝐺𝑆(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) − 𝑉𝑇 )

2

𝑊𝜇𝐶0𝑥 2𝐿

Malla G-S 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 𝑅𝐷 − 𝐼𝐺 𝑅𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 = 0 𝑉𝐺 − 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 𝑅𝐷 = 0

𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 𝑅𝐷 − 𝑉𝐷𝑆 = 0

Malla D-S

𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷 𝑅𝐷 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐷𝑆 𝑉𝑆 = 0 por lo tanto 𝑉𝐺 = 𝑉𝐺𝑆

Determinar: 𝐼𝐷 , 𝑉𝐺𝑆 , 𝑉𝐷𝑆 , 𝑉𝐷 , 𝑉𝐺 , 𝑉𝑆 Malla G-S −𝑅𝐺 𝐼𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 − 𝑅𝑆 𝐼𝑆 = 0; como 𝐼𝐺 = 0 𝑚𝐴 𝑦 𝐼𝑆 = 𝐼𝐷 𝑉𝐺𝑆 = −𝑅𝑆 𝐼𝐷 Por la ecuación de Shockley 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 − 𝑉𝐺𝑆 = −750 [(10 × 103 ) (1 +

𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝑃

)

𝑉𝐺𝑆 2 ) ] 4

7.5 + 4.75𝑉𝐺𝑆 + 0.46875(𝑉𝐺𝑆 )2 = 0 16 + 10.13𝑉𝐺𝑆 + (𝑉𝐺𝑆 )2 = 0

𝑉𝐺𝑆(1,2) =

−10.13 ± √10.132 − 4(1)(16) 2(1)

𝑉𝐺𝑆(1) = −1.958 𝑉 o 𝑉𝐺𝑆(2) = −8.172 𝑉 𝐼𝐷 = −

−1.958 = 2.61 𝑚𝐴 750

𝑉𝐷𝑆 = 18 − (1.5𝑘)(2.61𝑚) − (750)(2.61𝑚) = 12.13 𝑉 𝑉𝑆 = 𝐼𝐷 𝑅𝑆 = 750(2.61 × 10−3 ) = 1.958 𝑉 𝑉𝐺 = 0 𝑝𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 𝐼𝐺 = 0𝑚𝐴 𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷 − 𝑉𝑆 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑉𝐷 = 12.13 𝑉 + 1.9358 𝑉 = 14.088𝑉

16

Por medio de la gráfica se determina que el valor real es -1.958 V.

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ Determinar: 𝐼𝐷 𝑦 𝑉𝐺𝑆 𝑘=

𝐼𝐷(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) (𝑉𝐺𝑆(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) − 𝑉𝐺𝑆(𝑇ℎ) )

2

=

7 × 10−3 𝐴 = 0.78 𝑚 2 (7 − 4)2 𝑉

Malla G – S 22 − 1.2𝑘𝐼𝐷 − 1000𝐼𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 − 0.5𝑘1𝐼𝐷 = 0 22 − 1.7𝑘𝐼𝐷 = 𝑉𝐺𝑆 𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝐺𝑆(𝑇ℎ) ) 𝐼𝐷 = 0.78 × 10−3 𝐼𝐷 = 0.78 × 10−3

2

𝐴 (22 − 1.71𝑘𝐼𝐷 − 4)2 𝑉2

𝐴 (18 − 1.71𝑘𝐼𝐷 )2 𝑉2

0 = 0.253 − 49.02𝐼𝐷 + 2280.8(𝐼𝐷 )2 𝐼𝐷(1,2) =

49.02 ± √49.022 − 4(0.253)(2280.8) 2(2280.8)

𝐼𝐷(1) = 12.88 𝑚𝐴 𝐼𝐷(2) = 8.61 𝑚𝐴 𝑉𝐺𝑆 = 22 − 1.7𝑘(12.88 𝑚𝐴) = 0.104 𝑉 𝑉𝐺𝑆 = 22 − 1.7𝑘(8.61 𝑚𝐴) = 7.363

Algunos detalles que se deben tener en cuenta: Neaman

Boylestad

JFED

𝑉𝐺𝑆 2 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 − ) 𝑉𝑃

Mosfed Vaciamiento

𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉(𝑇ℎ) )

Mosfed Acrecentamiento

𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉(𝑇ℎ) )

2

2

𝑉𝐺𝑆 2 ) 𝑉𝑃 𝑉𝐺𝑆 2 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 − ) 𝑉𝑃 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 −

𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝐺𝑆(𝑇ℎ) )

Análisis gráficos y línea de carga 𝑉𝐺𝑆 (𝑡) = 𝑉𝐺𝑆𝑄 + 𝑉𝐺𝑆 (𝑡) 𝐼𝐷 (𝑡) = 𝐼𝐷𝑄 + 𝑖𝑑 (𝑡) Canal n de MOSFET de empobrecimiento 𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 + 𝑉𝑡0 )2 𝑉𝐺𝑆 (𝑡) = 𝑉𝐺𝑆𝑄 + 𝑉𝐺𝑠(𝑡)

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2

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

𝑔𝑚 = 2√𝑘 𝑖𝐷𝑄 𝑔𝑚 = 𝑟0 =

𝑖𝐷 = 2𝑘(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝑡0 ) 𝑉𝐺𝑆

𝑉𝐴 1 ∗ 𝐼𝐷𝑄 𝜆𝐼𝐷𝑄

𝐼𝐷𝑄 + 𝑖𝑑 (𝑡) = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑡0 )2 + 2𝑘(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝑡0 )𝑣𝑔𝑠 (𝑡) + 𝑘𝑣𝑔𝑠 (𝑡)

Corriente de drenaje de CD

Componente de la corriente de drenaje variable en el tiempo

Proporcional al cuadrado del voltaje de la señal

Para una señal de entrada senoidal, el término al cuadrado produce distorsión no lineal en el voltaje de salida. Para minimizar esta distorsión se requiere: 𝑉𝐺𝑆 ≪ 2(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝑡0 ) 𝑖𝐷 (𝑡) = 𝐼𝐷𝑄 + 𝑖𝑑 (𝑡) Se define la transconductancia 𝑔𝑚 =

𝑖𝑑 𝑣𝑔𝑠

𝑜

𝑖𝑑 (𝑡) = 2𝑘(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝑡𝑜 )𝑉𝑔𝑠 (𝑡)

= 2𝐾𝑛 (𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝑡𝑛 )

Se define la transconductancia gm como: 𝑔𝑚 =

𝜕𝑖𝐷 | 𝜕𝑣𝐺𝑆 𝑣𝑔𝑠=𝑉𝐺𝑆 −𝑐𝑡𝑒

Circuito Equivalente de Pequeña Señal con Resistencia de Salida Finita MOSFET de acrecentamiento canal n

𝑉𝐺𝑆

Amplificador fuente comun:

18

MOSFET de acrecentamiento canal p

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ Características:  

La señal de entrada AC esta en la terminal de compuerta. La señal de salida AC esta en la terminal de drenaje. Se desprecia la resistencia de la fuente en las siguentes ecuaciones: 𝑉0 = −𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠 𝑅𝐷 𝐴𝑣 =

𝑉0 = −𝑔𝑚 𝑅𝐷 𝑉𝑖

𝑉𝐷𝑆 − 𝐼𝑑 𝑅𝐷 𝑅𝑖𝑠 = 𝑅1 ||𝑅2 𝑅0 = 𝑅𝐷 𝐴𝑖 = 𝑔𝑚 𝑅1 ||𝑅2

Amplificador Fuente Común con Resistencia de Fuente: Características: 

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La señal de entrada AC esta en la terminal de compuerta.

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ 

La señal de salida AC esta en la terminal de drenaje.

𝐴𝑣 =

𝑉0 𝑉𝑆

𝑉𝑆 = 𝑉𝐺𝑆 + 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 𝑅𝑆 𝑉𝑆 = 𝑉𝐺𝑆 (1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆 ) 𝑉𝐺𝑆 = 𝐴𝑣 = −

𝑉𝑆 1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆

(1.4)(7) 𝑔𝑚 𝑅𝐷 =− = −5.76 1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆 1 + (1.4)(0.5)

Amplificador Fuente Común con Capacitor de Desacoplo de Fuente: Características:  

La señal de entrada AC esta en la terminal de compuerta. La señal de salida AC esta en la terminal de drenaje. 𝑘=1

𝑚𝐴 𝑉2

𝐼𝐷𝑄 = 𝐼𝑄 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇ℎ )2 0.5 = (1)(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 0.8)

2

𝑉𝐺𝑆𝑄 = −𝑉𝑆 = 1.5 𝑉 𝑉𝐺𝑆𝑄 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷𝑄 𝑅𝐷 − 𝑉𝑆 = 5 − (0.5)(7) − (−1.51) = 3.01 𝑉 𝑉0 = −𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 𝑅𝐷 𝐴𝑣 =

20

𝑉0 = −𝑔𝑚 𝑅𝐷 = −(1.4)(7) = −9.8 𝑉𝑖

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

Amplificador Fuente Seguidor: 𝑉0 = (𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 )(𝑅𝑆 ) 𝑉𝑖 = 𝑉𝐺𝑆 + 𝑉0 = 𝑉𝐺𝑆 + 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 𝑅𝐷

𝑉𝐺𝑆

𝐴𝑣 =

1 𝑉𝑖 𝑔𝑚 = =[ ] ∗ 𝑉𝑖 1 1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆 + 𝑅𝑆 𝑔𝑚

𝑉0 𝑔𝑚 𝑅𝑆 𝑅𝑆 𝑔𝑚 𝑅𝑆 = = = 1 𝑉𝑖 1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆 + 𝑅𝑆 1 + 𝑔𝑚 𝑅𝑆 𝑔𝑚

Impedancia de Salida

L.C.K en el nodo 1 𝐼𝑥 + 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 =

𝑉𝑥 𝑅𝑆

𝐼𝑥 = 𝑉𝑥 (𝑔𝑚 +

1 ) 𝑅𝑆

𝐼𝑥 1 1 = = 𝑔𝑚 + 𝑉𝑥 𝑅0 𝑅𝑆 𝑅0 =

Amplificador Compuerta Común: Características:  

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La señal de entrada AC esta en la terminal de fuente. La señal de salida AC esta en la terminal de drenaje.

1 ||𝑅 𝑔𝑚 𝑆

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ 

La terminal de compuerta esta conectada a tierra

𝑉0 = −(𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 )(𝑅𝐷 ||𝑅𝐿 ) 𝐴𝑣 =

𝑉0 = +𝑔𝑚 (𝑅𝐷 ||𝑅𝐿 ) 𝑉𝑖

𝐼0 = (

𝑅𝐷 ) (−𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 ) 𝑅𝐷 + 𝑅𝐿

𝐴𝑖 =

𝐼0 𝑅𝐷 =( ) 𝐼𝑖 𝑅𝐷 + 𝑅𝐿

𝑅𝑖 =

𝑉𝑖 1 = 𝐼𝑖 𝑔𝑚

𝑅0 = 𝑅𝐷

AMPLIFICADORES JFET 𝑖𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 −

𝑣𝑔𝑠 2 𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝐺𝑆 𝑣𝑔𝑠 ) − 2 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 − ) ( ) + 𝐼𝐷𝑆𝑆 ( ) 𝑉𝑃 𝑉𝑃 𝑉𝑃 𝑉𝑃

Corriente de drenaje de CD

Componente de la corriente de drenaje variable en el tiempo

Proporcional al cuadrado del voltaje de la señal

Para una señal de entrada senoidal, el término al cuadrado produce distorsión no lineal en el voltaje de salida. Para minimizar esta distorsión se requiere: |

𝑣𝑔𝑠 𝑉𝐺𝑆 | ≪ 2 (1 − ) 𝑉𝑃 𝑉𝑃 𝑖𝐷 = 𝐼𝐷𝑄 + 𝑖𝑑

𝑖𝑑 = +2

𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝐺𝑆 (1 − )𝑣 (−𝑉𝑃 ) 𝑉𝑃 𝑔𝑠

Se define la transconductancia gm como: 𝑖𝑑 = 𝑔𝑚 𝑣𝑔𝑠 𝑔𝑚 =

2𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝐺𝑆 (1 − ) |𝑉𝑃 | 𝑉𝑃

Se define la resistencia de salida finita 𝑟𝑜 como:

22

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

𝑟0 = [𝜆 𝐼𝐷𝑆𝑆 (1 −

−1 𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝑃

) ]

AMPLIFICADOR JFET FUENTE COMÚN: 180 𝑀𝑎𝑙𝑙𝑎 𝐺 − 𝑆 ∶ +20 ( ) − 𝐼𝐷 𝑅𝑆 = 𝑉𝐺𝑆 180 + 420 180 𝑉𝐺𝑆 2 𝑉𝐺𝑆 = +20 ( ) − (2.7)(12) (1 + ) 180 + 420 4 2 0 = 26.4 + 17.2 𝑉𝐺𝑆 + 2.025 𝑉𝐺𝑆

Soluciones:

𝑉𝐺𝑆(1) = −2.01 𝑣 𝑜 𝑉𝐺𝑆(2) = −6.48 𝑣

𝐼𝐷(1) = (12) (1 + 𝐼𝐷(2) = (12𝑚) (1 +

−2.01 2 4

) = 2.97 𝑚𝐴

−6.48 2 ) = 4.61 𝑚𝐴 4

Por lo tanto la transconductancia es: 𝑔𝑚 =

2(12𝑚) −2.01 𝐴 (1 − ) = 2.98 𝑚 |−4| −4 𝑉

𝑉𝑖 = 𝑉𝐺𝑆 Nodo 1: −𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 −

𝑉0 =0 𝑅𝐷 ||𝑅𝐿

𝑉0 = −𝑅𝐷 ||𝑅𝐿 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 𝐴𝑣 =

23

−𝑅𝐷 ||𝑅𝐿 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 = −𝑅𝐷 ||𝑅𝐿 𝑔𝑚 𝑉𝐺𝑆 = −1.61 × 103 (2.98 × 10−3 ) = −4.798 𝑉𝐺𝑆

CAPITULO V: TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO - UNIVERSIDAD TEGNOLÓGICA DE PANAMÁ

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