Electrónica Básica. Gustavo A. Ruiz Robredo Juan A. Michell Mar<n. Tema B.3. Amplificadores Básicos DPTO. DE ELECTRÓNICA Y COMPUTADORES

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1 Electrónica Básica Tema B.3. Amplificadores Básicos Gustavo A. Ruiz Robredo Juan A. Michell Mar<n DPTO. DE ELECTRÓNICA Y COMPUTADORES Este tema se publica bajo Licencia: CreaHve Commons BY- NC- SA 3.0

2 Amplificador Fuente Común Amplificador NMOS con fuente de corriente PMOS: V DD M 3 M 2 R I REF V GG ~ v s M v O = V O v o 2

3 Amplificador Fuente Común Circuito equivalente de pequeña señal: v s ~ v gs g m v gs g ds g ds2 v o Ganancia de tensión: A v v gm v g g o = = s ds ds2 3

4 Amplificador Fuente Común Resistencia de salida: v gs = 0 g m v gs g ds g ds2 R out R out = g g ds ds2 4

5 Amplificador Fuente Común Circuito de pequeña señal en alta frecuencia: G s C f V s ~ C i V gs g m V gs G o C o V o G = g g, C = C C o ds ds2 i gs gb C = C, C = C C C f gd o gd2 db db2 5

6 Amplificador Fuente Común Respuesta en alta frecuencia: G s C f V s ~ C i V gs g m V gs G o C o V o ( ) Vo () s Ro sc f gm = V () s b s bs s 2 2 b = R R CC CC C C 2 s o i o i f o f b = R g R C RC R C C ( ) s m o f s i o o f 6

7 Amplificador Fuente Común Aproximación de polo dominante: 2 2 s s s Ds () = bs 2 bs = = s p p p p p p p ; s s p >> 2 p D() s pp p 2 = b R g R C RC R C C ( ) ( ) s m o f s i o o f p 2 ; b R g R C RC R C C b RR CC CC CC = 2 ( ) ( ) s m o f s i o o f s o i o i f o f 7

8 Teorema de Miller Circuito general con una impedancia flotante: n Z f n2 V V 2 Equivalente Miller: Z n V n2 V 2 Z 2 V V V ZF = Z = Z Z A 2 F V V2 V2 ZF = Z2 = Z F Z2 A v v 8

9 Amplificador Fuente Común Aproximación Miller: G s V s ~ C i C x C o C y V gs g m V gs G o V () s A s = ; A = A s =g R o v v0 v s 0 m o Vgs () s C ; A C = g R C x v0 f m o f V o C ; C = C y f f Av0 gm Ro 9

10 Amplificador Fuente Común Aproximación Miller: G s V s ~ C i C x C o C y V gs g m V gs G o V o Vo() s gm Ro = V () s R C C s R C C s ( ( ) ) ( ) s s i x o o y 0

11 Amplificador Fuente Común Aproximación Miller: G s V s ~ C i C x C o C y V gs g m V gs G o V o p = RC R g R C s i s m o f p 2 = RC R C g R o o o f m o

12 Amplificador Fuente Común Amplificador PMOS con fuente de corriente NMOS: V DD I REF R M 3 v s ~ V GG M v O = V O v o M 2 2

13 Seguidor de Fuente Seguidor de fuente NMOS con fuente de corriente: I REF R M 3 v s ~ V GG M 2 V DD M v O = V O v o 3

14 Seguidor de Fuente Circuito equivalente de pequeña señal: v gs g m v gs g ds v ~ s v v gs gs = v = s g g v m gs g ds ds2 gds gds2 g g g m ds ds2 v s g ds2 v o v o = g g v m gs g ds ds2 Ganancia de tensión: A v v gm v g g g o = = s m ds ds2 4

15 Seguidor de Fuente Resistencia de salida de pequeña señal: i = g g v g v t ds ds2 t m gs v gs g m v gs g ds2 g ds i t v t ~ i = g g g v R out t m ds ds2 t vt = = i g g g t m ds ds2 R out R out ; g m 5

16 Amplificador Puerta Común Amplificador puerta común NMOS con fuente de corriente PMOS: M 3 M 2 V DD R I REF R s ~ v M s V SS V GG v O = V O v o 6

17 Amplificador Puerta Común Circuito equivalente de pequeña señal: v s ~ R is R R in s i in v i = v gs g m v gs g ds2 g ds v o Ganancia de tensión: A vg = g v g v v o ds2 m gs ds o gs g g v = g g v m ds i ds ds2 o v v g g = = v g g o m ds i ds ds2 7

18 Amplificador Puerta Común Resistencia de entrada: R is R s R in g m v gs v s ~ i in v i = v gs g ds g ds2 v o i g v g A v R v g g in ds ds2 in = m in ds v in in = = i in gm gds gds2 R is v g g = = R i g g g s ds ds2 s in m ds ds2 8

19 Amplificador Puerta Común Ganancia de tensión respecto de la fuente v s : v s ~ R is R R in s i in v i = v gs g m v gs g ds2 g ds v g g v = i = = v s m ds o in s g ds2 Ris gds2 gds gds2 gds2 gm gds Rs A vs vo gm gds = = v g g g g g R s ds ds2 ds2 m ds s v o 9

20 Amplificador Puerta Común Resistencia de salida: R s v gs g m v gs g ds2 g ds i d i t v t ~ i = g v g v v d m gs ds t gs v gs =Ri s d R' out R out g v = g R g R i ds t m s ds s d v R = = g g R R ' t out ds m s s id v R = = g PR t ' out ds2 out it 20

21 Esquema del circuito: Amplificador Cascode V DD M 4 M 3 R I REF ~ v s R s M V GG M 2 V GG2 v O = V O v o 2

22 Amplificador Cascode Circuito de pequeña señal simplificado: r ins2 g m2 v gs2 v s ~ v gs g ds g m v gs v o v gs2 g ds2 g ds3 v o vo v g g A v = =gm rds rins2 Av 2 = = vs v g g v v v A = = = A A o o o v v v2 vs vs vo o m2 ds2 o ds3 ds2 22

23 Amplificador Cascode Resistencia de entrada de la segunda etapa (CG): v t ~ i t r ins2 g m2 v gs2 v gs2 g ds3 g ds2 v o r ins2 vt gds2 g 3 ds g ds2 = = ; i t gm2 gds2 gds3 gm2 gds3 23

24 Amplificador Cascode Ganancia de tensión: v d gds2 g ds3 g m g ds2 Av = =gm rds ; v in gm2 gds2 g ds3 gm2 gds3 A A v v v2 v2 = gm2 gds2 gm2 ; g g g g ds3 ds2 ds3 ds2 g g g g = A A ; = g g g g g m ds2 m2 m m2 ds3 ds3 ds2 ds3 24

25 Resistencia de salida: Amplificador Cascode g m2 v gs2 R out i t g ds v gs2 g ds2 g ds3 ~ v t R = g g g g g g ; g = r o ds ds2 m2 ds ds2 ds3 ds3 ds3 25

26 Inversor CMOS Ganancia de tensión y resistencia de salida: V DD M 2 v gs2 g m2 v gs2 g ds2 v s ~ V GG M v O = V O v o ~ v s v gs g m v gs g ds v o A v v g g = = v g g o m m2 s ds ds2 R = g g out ds ds2 26