Respuesta A.C. del FET 1/14

Transcripción

1 espuesta A.C. del FET 1/14 1. Introduccón Una ez que se ubca al transstor dentro de la zona saturada o de corrente de salda constante, se puede utlzar como amplfcador de señales. En base a un FET canal N en confguracón surtdor común con crcuto de autopolarzacón, se realzará el análss de la respuesta del posto ante la aplcacón de una señal de c.a 2. Amplfcador urtdor Común con C El crcuto básco amplfcador surtdor común con C se muestra la fgura 1. (t) + V C 2 (t) C 1 t t C Fgura 1 V eñal que se desea amplfcar V eñal de salda amplfcada epresenta la mpedanca de entrada de la carga a almentar,, esstencas del crcuto de polarzacón V Fuente del crcuto de polarzacón C 1 y C 2 Condensadores de acoplo C Condensador de desacoplo 3. Análss del Amplfcador urtdor Común con C Tomando en cuenta que el crcuto de polarzacón ubca al transstor en una zona lneal se aplcan las propedades de la lnealdad, específcamente el prncpo de superposcón para analzar el amplfcador. Así el análss se hace por separado para cada tpo de señal: Análss C.C. Análss C.A Análss C.C. Para este análss V 0 y C 1, C 2 y C actúan como crcuto aberto. Electrónca Prof. Julma Anato

2 espuesta A.C. del FET 2/14 El crcuto de polarzacón (fgura 2) no es más que el crcuto de autopolarzacón. +V I Fgura 2 as ecuacones que descrben a este crcuto son: Ecuacón de Autopolarzacón V I Ecuacón de ecta de Carga.C. V V + I + ) ( 3.2. Análss C.A. En este caso de análss V0 y C 1, C 2 y C actúan como corto crcuto. El crcuto equalente del amplfcador en c.a. se muestra en la fgura 3. d Fgura 3 d ( // ) Esta últma ecuacón corresponde a la ecuacón de salda de c.a. Por superposcón, el oltaje total entre drenador y surtdor, V, está dado por: V VQ + y la corrente total que exste a traés del drenador, I, es: I I Q + d, donde los alores de V Q e I Q son los alores obtendos durante el análss c.c. Electrónca Prof. Julma Anato

3 espuesta A.C. del FET 3/14 Con las expresones de V e I total se obtene la ecuacón de recta de carga c.a. como: V VQ + V VQ I + I Q d d I I Q usttuyendo los alores de e d en la ecuacón de salda de c.a. se tene: V V Q ( I I Q )( // ) V V Q ( I I Q )( // ) Esta últma ecuacón es la ecuacón de recta de carga c.a Análss ráfco con las ectas de Carga.C. y A.C. a nterseccón de las rectas de carga d.c. y a.c. sobre el eje s. correspondente a las curas de salda del FET, da la ubcacón exacta del punto Q. (Fgura 4). ecta de carga d.c.: V V + ( + ) I El corte de la recta de carga d.c. con los ejes s. de las curas de salda es: Para I 0 V V Para V 0 I V + ecta de carga a.c.: Corte con los ejes: V V Q ( I I Q )( // ) Para I 0 V V + I ( // ) max Q Q V Para V 0 VQ I + I // l Q I max os cortes de la recta a.c. con los ejes s. son alores máxmos en el amplfcador puesto que su magntud depende del alor del punto Q ya determnado en el análss c.c. (crcuto de polarzacón). Electrónca Prof. Julma Anato

4 espuesta A.C. del FET 4/14 ecta A.C V + Punto Q I Q ecta.c V max V PO V Q Fgura 4 V 4. Máxmo esplazamento métrco (M) a ubcacón del punto Q con respecto a los alores V max y V determna la magntud pco de la señal de salda V, p p. el punto Q está mas cerca del V max que del, entonces: p I //. Ver fgura 5. I PO PO V ( ) Q V PO V Q V max V p p V max V Q p I Q ( // ) t Fgura 5 el punto Q está mas cerca del V que del V max, entonces: p V V. Ver fgura 6. PO Q PO Electrónca Prof. Julma Anato

5 espuesta A.C. del FET 5/14 V PO V V Q max V p p V Q V PO t Fgura 6 o deal sería tener máxma señal de salda p max, lo cual se logra cuando el punto Q está equtante del VPO y el V max, tal como muestra la fgura 7. Cuando esto sucede se dce que exste Máxmo esplazamento métrco (M) de la señal de salda del transstor. V PO V Q V max V V Q V PO I Q ( // ) p V Q V PO I Q ( // ) V Q V PO + I Q ( // ) t Fgura 7 En M, p V V pero tambén p I ( // ) Q PO, gualando estas ecuacones se tene la ecuacón para M que permte ubcar el punto Q de tal manera que la salda del transstor sea máxma. Q Electrónca Prof. Julma Anato

6 espuesta A.C. del FET 6/14 Q PO Q ( ) V V + I // 5. Amplfcador urtdor Común sn C a ausenca del condensador C, prooca una mnucón en la señal de salda del amplfcador, V, puesto que ahora durante el análss en c.a. la resstenca permanece en el crcuto. a fgura 8 muestra el crcuto amplfcador emsor común sn C. (t) + V C 2 (t) C 1 t t Fgura 8 El análss de este crcuto se realza por separado para cada tpo de señal aplcada, al gual que para el amplfcador emsor común con C Análss C.C. Hacendo V 0 y tomando a C 1 y C 2 como crcuto aberto se tene el msmo crcuto equalente obtendo para el caso del amplfcador surtdor común con C (Fgura 2), por tanto el análss de este crcuto ya es conocdo Análss C.A. Tomando V 0 y C 1 y C 2 fgura 9. como corto crcuto se tene el crcuto equalente de la d Fgura 9 Electrónca Prof. Julma Anato

7 espuesta A.C. del FET 7/14 Igualando estas dos ecuacones se tene: V + + ( ) V // ( ) + // [( ) ] // + Esta últma ecuacón corresponde a la ecuacón de salda de c.a. para el amplfcador surtdor común sn C, se obsera entonces la presenca de la resstenca. El resultado de la superposcón ndca que: V VQ e I I Q, la susttucón de estos alores sobre la ecuacón de salda de c.a. permte obtener la ecuacón de recta de carga d.c. para el amplfcador surtdor común sn C E. Q ( I I ) ( ) Q [ ] V V // + Q ( I I ) ( ) Q [ ] V V // M en el Amplfcador Emsor Común sn CE a ecuacón para M se obtene a partr de la ecuacón de recta de carga a.c. Para un amplfcador surtdor común con C, la ecuacón para M es: Q Q ( ) V V + I // Esta ecuacón se obtuo a partr de: V V ( I I )( // ) Al qutar el C, la ecuacón de recta de carga a.c. se e afectada por : Q Q Q ( I I ) ( ) Q [ ] V V // + Como esta ecuacón determna la ecuacón para M, la ecuacón para M en un amplfcador surtdor común sn C, queda como: Q PO Q [( ) ] V V + I // + onde: [( ) p I Q // + ] y en sta de que V + se tene para M: ( ) // I Q y I Q Electrónca Prof. Julma Anato

8 espuesta A.C. del FET 8/14 6. Análss del Amplfcador urtdor Común con C, con Modelo Híbrdo a fgura 10 muestra el crcuto amplfcador surtdor común con C. + V C 1 C 2 C Fgura 10 El modelo híbrdo o equalente híbrdo del transstor es un modelo crcutal que combna mpedancas y admtancas para descrbr al posto, de allí el nombre de híbrdo. El análss con parámetros híbrdos se realza a partr del equalente en c.a. del crcuto amplfcador el cual es mostrado en la fgura 11. d Fgura 11 a susttucón del símbolo del FET por su modelo híbrdo durante el análss en c.a. permte la obtencón de certos alores de nterés como son: la gananca de oltaje (A), gananca de corrente (A), mpedanca de entrada (Z) y la mpedanca de salda (Zo). Estos alores dependen de la frecuenca y el símbolo crcutal por s solo no consdera este aspecto, de allí la utldad del modelo híbrdo quen s lo consdera. El modelo híbrdo del FET en confguracón surtdor común se muestra en la fgura 12. g d r g m r Fgura 12 Electrónca Prof. Julma Anato

9 espuesta A.C. del FET 9/14 onde: r esstenca entre compuerta y surtdor r d Q g m Transconductanca g m d Q r esstenca de salda entre drenador y surtdor r d Q a relacón g m r se conoce como factor de amplfcacón de oltaje del FET µ: µ g m r Como r, el modelo híbrdo de la fgura 12 se reduce, generando el modelo híbrdo smplfcado del FET (Fgura 13). g d g m r Fgura 13 El crcuto equalente amplfcador surtdor común con C, con modelo híbrdo se obtene al susttur el símbolo del FET en el crcuto de la fgura 11 por el modelo híbrdo smplfcado, tal como se muestra en la fgura 14. d V g m r Z Zo Fgura 14 Electrónca Prof. Julma Anato

10 espuesta A.C. del FET 10/14 Cálculo de Z: a mpedanca de entrada Z se mde como la relacón entre el oltaje de entrada y la corrente de entrada del amplfcador, Z, en el crcuto se obsera como aquella mpedanca sta por la fuente a partr de la línea punteada. Cálculo de Zo: Z Z a mpedanca de salda Zo se mde como la relacón entre el oltaje de salda y la corrente de salda del amplfcador, Zo o o. Para el cálculo de Zo en el crcuto de la fgura 14 se requere el uso de una fuente de prueba o y la elmnacón de la fuente de entrada ndependente, lo que anula el oltaje y por tanto la fuente g m, tal como muestra la fgura 15. d o 0 0 r o Zo Fgura 15 Zo o o 0 el crcuto de la fgura 15 se tene que desde los termnales de salda del crcuto. Zo r //, la cual es la mpedanca sta Cálculo de A: a gananca de oltaje del amplfcador es la relacón entre el oltaje de salda o y el oltaje de entrada, A. m A ( r // ) g // Electrónca Prof. Julma Anato

11 espuesta A.C. del FET 11/14 A g m ( r // // ) A g m ( r // // ) El alor de A negato es ndcato del desfasaje entre la señal de salda y la señal de entrada del amplfcador surtdor común. Cálculo de A: a gananca de corrente del amplfcador es la relacón entre la corrente de salda y la corrente de entrada, A., Z A Z Z A A A Z a gananca de corrente será tambén un alor negato, puesto que A es negato. 7. Análss del Amplfcador urtdor Común sn C, con Modelo Híbrdo El crcuto amplfcador surtdor común sn C se muestra en la fgura V C 2 C 1 Fgura 16 Electrónca Prof. Julma Anato

12 espuesta A.C. del FET 12/14 El análss con parámetros híbrdos se realza a partr del equalente en c.a. del crcuto el cual es mostrado en la fgura 17. d Fgura 17 a susttucón del símbolo del FET en el crcuto de la fgura 17 por el modelo híbrdo smplfcado resulta en el crcuto de la fgura 18. d gm r Z Fgura 18 Zo Conrtendo la fuente de corrente en una fuente de tensón, el crcuto se transforma en el crcuto de la fgura 19. d g m r Z r Zo Fgura 19 g µ y g s mr Estas últmas ecuacones permten redbujar el crcuto como: (Fgura 20) Electrónca Prof. Julma Anato

13 espuesta A.C. del FET 13/14 r µ g µ s d Z Zo s s d Fgura 20, lo que ndca que la caída dada por la fuente µ puede representarse por una resstenca de alor µ a traés de la cual crcule d, con lo que el crcuto anteror se transforma en el crcuto de la fgura 21. (µ+1) µ g d r Z Fgura 21 Zo Cálculo de Z: a mpedanca de entrada Z se mde como la relacón entre el oltaje de entrada y la corrente de entrada del amplfcador, Z, en el crcuto se obsera como aquella mpedanca sta por la fuente a partr de la línea punteada. Z Z Cálculo de Zo: a mpedanca de salda Zo se mde como la relacón entre el oltaje de salda y la corrente de salda del amplfcador, Zo o o. Para el cálculo de Zo en el crcuto de la fgura 21 se requere el uso de una fuente de prueba o y la elmnacón de la fuente de entrada ndependente, con lo que g 0 y se obtene el crcuto de la fgura 22: Electrónca Prof. Julma Anato

14 espuesta A.C. del FET 14/14 (µ+1) d r Fgura 22 Zo Cálculo de A: [ r + ( 1 ] Zo // µ + ) a gananca de oltaje del amplfcador es la relacón entre el oltaje de salda o y el oltaje de entrada, A. Por un or de tensón el crcuto de salda de la fgura 21 se tene: + r µ g + ( µ +1) g A µ + r + ( µ +1) Cálculo de A: a gananca de corrente del amplfcador es la relacón entre la corrente de salda y la corrente de entrada, A., Z A Z Z A A A Z a gananca de corrente será tambén un alor negato, puesto que A es negato. Electrónca Prof. Julma Anato