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Circuitos Electrónicos
- 1. 1 tecnun Circuitos Electrónicos Ingeniería de Telecomunicación 2º Curso (6 crd.) tecnun 1. Amplificadores de uno y dos transistores 1.1 Repaso de etapas amplificadoras básicas con un solo transistor 1.2 Repaso de etapas amplificadoras con dos transistores 1.3 Amplificador diferencial 2. Fuentes de corriente y cargas activas 2.1 Fuentes de corriente 2.2 Fuentes de corriente como cargas activas 3. Etapas de salida 3.1 Clasificación de las etapas de salida. 3.2 Etapa de salida clase A. 3.3 Etapa de salida clase B. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
- 2. 2 tecnun 3.4 Etapa de salida clase AB. 3.5 Disipación de potencia en transistores. Transistores de potencia. 4. Amplificador operacional 4.1 Análisis de los amplificadores operacionales 4.2 Desviaciones respecto a la idealidad de amplificadores operacionales reales 5. Respuesta en frecuencia de amplificadores 5.1 Diagramas de Bode 5.2 Respuesta en frecuencia de un amplificador de una etapa 5.3 Respuesta en frecuencia de amplificadores multietapa CIRCUITOS ELECTRÓNICOS tecnun 6. Realimentación en circuitos electrónicos 6.1 Ecuaciones ideales de realimentación 6.2 Propiedades de la realimentación negativa en el diseño de amplificadores 6.3 Configuraciones básicas de realimentación 6.4 Estabilidad de amplificadores realimentados 6.5 Osciladores sinusoidales CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
- 3. 3 tecnun TEMA 1 • Ideas básicas: Dispositivos • Modelos de transistores en pequeña señal • Análisis de pequeña señal • Etapas amplificadoras básicas con un solo transistor • Etapas amplificadoras con dos transistores • Amplificador diferencial tecnun TRANSISTOR BIPOLAR npn pnp C E B E C B IC IE IB IE IC IB VBE VCB VEB VBC
- 4. 4 tecnun TRANSISTOR BIPOLAR VBE VCE VCE IB iC vBE (V) 0.5 0.70 iC vCE 0 iB1 iB2 iB3 iB4 Región Activa Saturación VCE sat iB=iC/βiC=ISevBE /VT Corte tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Dependencia de iC respecto de la tensión de colector Efecto Early
- 5. 5 tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región activa iC = ISevBE /VT iB= iC/β = (ΙS/ β)·evBE /VT iE= iC/α = (ΙS/ α)·evBE /VT VBE~0.7 V β= α / (1− α) iE = (β + 1)· iB iB = (1 − α)· iE = iE / (β + 1) Para un transistor pnp sin más habría que cambiar vBE por vEB. IS = Corriente de saturación -- VT = Voltaje térmico=kT/q~25 mV a temperatura ambiente β = ganancia en corriente en emisor común -- α = ganancia en corriente en base común tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región de saturación VCE ~ VCE,sat ∼ 0.2 V ; VBE ~ 0.7 V
- 6. 6 tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región de corte iC = iB = iE = 0 tecnun TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO De puerta aislada De puerta de unión MOSFETs MESFETs JFETs Enrequecimiento Empobrecimiento Canal n Canal p Canal n Canal p Canal n Canal p D S G S G D D S G D S G D G S D G S
- 7. 7 tecnun TRANSISTOR MOSFET NMOS PMOS D S G S D G ID IS IG=0 IS ID IG=0VGS VDG VSG VGD tecnun TRANSISTOR MOSFET VGS VDS VDS iD vGS (V) 1 30 iD vDS 0 VGS1 VGS2 VGS3 VGS4 Región Saturación Región Óhmica VDS sat iD=is iG=0 Corte VGS Vt iD= (VGS-Vt)2kW 2L
- 8. 8 tecnun TRANSISTOR MOSFET Dependencia de iD respecto de la tensión VDS Modulación de la longitud de canal tecnun TRANSISTOR MOSFET Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región de saturación Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbral Κ = Transconductancia del transistor (µA/V2) iD= (vGS-Vt)2kW 2L vGS>Vt vDG>-Vt iG=0
- 9. 9 tecnun TRANSISTOR MOSFET Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región óhmica Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbral Κ = Transconductancia del transistor (µA/V2) vGS>Vt vDG<-Vt iD= (vGS-Vt- )vDS kW L vDS 2 iG=0 tecnun TRANSISTOR MOSFET Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región de corte Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. vGS<Vt vDS>0 iD= 0 iG=0
- 10. 10 tecnun TRANSISTOR JFET Relaciones corriente - tensión de un transistor JFET vGS>Vp vDG> -Vp iD= 0 iG=0 Región de saturación iD= β (vGS-Vp)2 Región óhmica iD= β [2(vGS-Vp) vDS-v2 DS] vGS>Vp vDG< -Vp Región de corte vGS<Vp<0 vDS> 0 β = Corriente de drenador a fuente con la puerta cortocircuitada con la fuente (µA/V2) Vp = Tensión de estrangulamiento iG<<0 iG<<0 tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal VBE VDD Rc IB IC IE + - VCE
- 11. 11 tecnun Modelo del transistor a pequeña señal TRANSISTOR BIPOLAR VBE VDD Rc iB iC iE + - vCE + - vbe tecnun Modelo del transistor a pequeña señal TRANSISTOR BIPOLAR VBE VDD Rc iB iC iE + - vCE +- vbe vBE=VBE+vbe iC=IsevBE/VT=Ise(VBE+vbe)/VT=IseVBE/VTevbe/VT=ICevbe/VT Si vbe<<VT (vbe<10 mV) iC=IC(1+vbe/VT) gm =IC/VT Transconductancia iB=iC/β=IC/β+ICvbe/(βVT)=IB+ib ib= ICvbe/(βVT)=gmvbe/β rπ=vbe/ ib =β /gm rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre base y emisor, mirando la base. ic=(IC/VT) vbe=gm vbe
- 12. 12 tecnun Modelo del transistor a pequeña señal Modelo híbrido π TRANSISTOR BIPOLAR C E B B C E + - vbe rπ r0 gmvbe ib ic ie B C E + - vbe rπ r0 βib ib ic ie gm =IC/VT rπ=β/ gm tecnun Modelo del transistor a pequeña señal Modelo T TRANSISTOR BIPOLAR C E B gm =IC/VT re=α/ gm ~VT /IC B C E + - vbe re αieib ic ie r0 B C E + - vbe re gmvbeib ic ie r0
- 13. 13 tecnun Modelo del transistor a pequeña señal Tabla resumen TRANSISTOR BIPOLAR tecnun Modelo del transistor a pequeña señal TRANSISTOR MOSFET iD=(W/2L)k(VGS+vgs-Vt)2 =(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs+(W/2L)kv2 gs Si vgs << 2(VGS-Vt) vGS=VGS+vgs iD=(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs~ID+id id=(W/L)k(VGS-Vt)vgs=gm vgs iG=0 rπ=∞ rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre puerta y fuente, mirando la puerta. VGS VDD Rc iG iD iS + - vDS +- vgs gm =(W/L)k(VGS-Vt)= 2kWID/(L) Transconductancia
- 14. 14 tecnun Modelo del transistor a pequeña señal TRANSISTOR MOSFET G D S + - vgs r0 gmvgs ig id is gm = 2kWID/(L) rπ= ∞ D S G tecnun Modelo del transistor a pequeña señal Efecto de Cuerpo TRANSISTOR MOSFET D S G B G D S + - vgs r0 gmvgs ig id is gmbvbs B + - vbs gmb = δiD/δvBS| vGS=Cte. vDS=Cte. gmb = Χ gm gmb = δVt/δVSB=γ/(2 2φf+VSB) Χ ∼ 0.1 − 0.3 φf = potencial superfícial en fuerte inversión γ = parámetro de proceso
- 15. 15 tecnun Modelo del transistor a pequeña señal Tabla resumen TRANSISTOR MOSFET tecnun Ejercicio Hallar el circuito equivalente a pequeña señal de: D S C E