1) Los amplificadores con transistores de efecto de campo (FET) proporcionan una alta ganancia de voltaje y una alta impedancia de entrada. 2) Los dispositivos FET como los MOSFET decrecientes se pueden usar para diseñar amplificadores con ganancias similares de voltaje, aunque los MOSFET tienen una mayor impedancia de entrada. 3) El modelo equivalente de pequeña señal para los FET es más simple que para los BJT, usando el factor de transconductancia gm en lugar del factor de ganancia β.

1. Análisis a pequeña señal para FET Los amplificadores con transistores de efecto de campo proporcionan una ganancia de voltaje excelente con la característica adicional de una alta impedancia de entrada. Además son considerados como configuraciones de bajo consumo de potencia con un adecuado rango de frecuencia y un tamaño y peso mínimos. Todos los dispositivos JFET como los MOSFET de tipo decremental pueden emplearse para diseñar amplificadores que cuenten con ganancias similares de voltaje sin embargo el circuito MOSFET decremental tiene una impedancia de entrada mucho mayor que la de una configuración JFET similar.

2. Gracias a las características de impedancia de entrada alta de los FET’s el modelo equivalente de AC para de alguna forma más simple que el utilizado por los BJT’s. mientras que el BJT cuenta con factor de amplificación β (beta), el FET cuenta con un factor de transconductancia gm. El FET puede emplearse como un amplificador lineal o como un dispositivo digital en circuitos lógicos. De hecho el MOSFET incremental es muy popular en los circuitos digitales, especialmente en los circuitos CMOS que requieren un consumo de potencia muy bajo. Los dispositivos FET también se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta frecuencia y en aplicaciones de circuitos de interfaz para computadoras. La A V en los FET´s con frecuencia menor que la obtenida para un BJT, pero la Z i es mucho mayor que los del BJT, en cambio la Z 0 de salida son equivalente para ambos. La A i será una cantidad indeterminada debido a que la corriente de entrada en los FET’s es 0 μ A.

3. Modelo de pequeña señal para el FET Recuerde que en DC, el voltaje de compuerta-fuente contra el nivel de la corriente de drenaje mediante la ecuación de SHOCKLEY. El cambio en la corriente del drenador que se ocasiona por el cambio en el voltaje compuerta-fuente puede determinarse mediante el uso del factor de transconductancia gm de la siguiente forma: gm=transconductancia

4. DETERMINACION GRAFICA DE gm Pendiente en el punto Q Pto Q=(-2.5 ; 3) I D (mA) V GS I DSS V p Q 3 2 2 4 ∆ I D ∆ V GS Curva obtenida mediante

5. DEFINICION MATEMATICA DE gm Donde |V p | denota solo la magnitud parar asegurar un valor positivo de gm Cuando V GS =0 gm alcanza su valor maximo gm 0 , entonces:

6. En las hojas de especificaciones proporcionan gm como Y fs donde Y parámetro de admitancia. f parámetro de transferencia directa (forward) s revela que la terminal de la fuente es la referencia del modelo Para el JFET varia desde 1000 hasta 5000 µs o de 1-5 ms Grafica de gm en función de V GS Por lo tanto gm(s) V p V GS (V) gm 0 Si V GS =0 gm=gm 0 Si V GS =V P gm=O

7. Debido a que el factor es < 1 para cualquier V gs ≠ 0, la magnitud de gm disminuirá a medida que V gs se aproxime a V p y que el cociente se incremente en magnitud. IMPACTO DE I D SOBRE gm Ec. de SHOCKLEY: Entonces

8. Se puede graficar gm(s) en función de I D (mA) con los siguientes datos: Si I D = I DSS Si I D = I DSS /2 Si I D = I DSS /4

9. Ejemplo : Con I DSS =8mA y V p =-4V. Graficar gm Vs. I D Con I DSS =4; gm=2.83ms Con I DSS =2; gm=2ms gm(ms) I D (mA) gm 0 =

10. IMPEDANCIA DE ENTRADA Z i DEL FET En forma de ecuación: Para un JFET se tomó un valor típico de 10 9 Ω (1000M Ω ), mientras que a los MOSFET’s se tomó un valor típico de 10 12 Ω a 10 15 Ω IMPEDANCIA DE SALIDA Z 0 DEL FET Es de magnitud similar a la del BJT. En las hojas de especificaciones se representa como Y θ S. Con V GS constante En forma de ecuación: I D (mA) Q ∆ I D ∆ V ds V ds V GS =0V V GS =-1V V GS =-2V V GS =-3V

11. CIRCUITO EQUIVALENTE DE AC PARA EL FET CIRCUITO DE POLARIZACIÓN PARA EL JFET POLAR IZACIÓN FIJA Datos: V DD =20v R D =2k R G =1M V G =2V I DSS =10mA V P =-8V Asumiendo que el Pto Q: Pto. Q gm V GS r d G S D S Z i Z 0 Vi V DD C i R D V G R G

12. Del análisis DC Análisis AC Si r d ≥10R D Z 0 =R D 25≥10(2) Ξ 1 Z 0 = 2k ó Z 0 =25k//2k= 1.85k Z 0 Vi R D R G V 0 + - G D Z i

13. Como Vgs = Vi Reemplazando valores ó

14. Autopolarización ; si r d ≥ 10R D -> Z 0 V i R D R G V 0 + G D Z i - G

15. Con V i =0V->V RG =0V (cortocircuito) Por lo tanto en 1: gmVgs=I D +I 0 Y como I D =-I 0 Sin considerar r d Vi R D V 0 G D S + - R G R S gm V GS I 0 I D S Z i Z 0 Vi R D V 0 G + - R G R S gm V GS I 0 I D S

16. Considerando el efecto de r d Vi R D V 0 G D S + - R S I 0 I D S R G + - I’ I 0+ I D Z i Z 0

18. Si r d ≥10R D , entonces

19. Para ganancia de voltaje ;

20. Sustituyendo tenemos ; Si r d ≥ 10(R D +R S )

21. 3) Divisor de voltaje Si Z i Z 0 Vi R D V 0 R S R 1 R 2 R S

22. ; Si Con desvío Z i Z 0 Vi R D V 0 G R 1 R 2 + S

23. Si

24. Sin Desvío Z i Z 0 Vi R D V 0 G R 1 R 2 + S R S D El circuito es de forma similar al anterior con el efecto de

25. Si ; entonces Si ; entonces

26. Fuente – Seguidor (Drenaje Común)

27. Z0 al hacer V i =0V se obtiene el siguiente circuito. LCK en el nodo S Z i Z 0 Vi R S V 0 G R G + S D + - V gs V 0 + - Z 0 R S r d gmV gs V gs I 0 + - S

28. La cual tiene el formato que la resistencia total de 3 resistencias en paralelo ; ;Si r d ≥ 10R S

29. Si no hay r d ó r d ≥ 10R S

30. Compuerta Común Impedancia de entrada Z i ;

32. Si r d ≥ 10R S Impedancia de salida Si rd ≥ 10RS

33. GANANCIA DE VOLTAJE - + Si r d ≥10R D + - + - A v =gmR D r d gm V GS R D Z 0 Z i R S G -S D + - V 0 V i

34. MODELO AC PARA MOSFET´s DEL TIPO DECREMENTAL El hecho e que la ecuación de Schockley sea también aplicable a los MOSFET’s de tipo decremental da por resultado una misma ecuación para gm. De hecho el modelo equivalente de Ac para los MOSFET’s decremental es EXACTAMENTE el mismo que el utilizado para los FET’s. La única diferencia que presentan los MOSFET´s decremental es que V GS que puede ser positivo para los dispositivos de canal “n” y negativo para los de canal “p”. El resultado de esto es que gm puede ser mayor que gm 0. El rango de r d es muy similar al que se encuentra para los JFET’s gm V GS G S + -

35. Configuración DIVISOR DE VOLTAJE Datos: I DSS =6mA V P =-3V Y OS =10 μ S Del análisis DC: V BSQ =0.35V I DQ =7.6mA 18V 110M 10M 150 Ω 1.8K Z i Z 0

36. Análisis AC: V i Porque r d ≥ 10R D 100k ≥ 10(1.8k) Ξ 1 1.8K 10M 110M Z i 100K - + - + - V 0 G S D 4.47*10 -3 V gs

37. MOSFET`S DE TIPO INCREMENTAL CANAL P CANAL N G ; gm V GS Del análisis DC: Como:

38. 1) Configuración de Retroalimentación en Drenaje Impedancia de entrada: Z i Z 0 V 0 Vi R D R F V DD C 2 C 1 Z i V i V 0 Z 0 S R D gm V GS + - + I i I i R F G D

39. Por lo general R F >> r d //R D Si r d >> 10R D

40. Impedancia de Salida Z 0 R D R F r d V i =V p =0V Como: R F >> r d //R D Y si r d >>10R D

41. Ganancia de Voltaje

42. Como: gm >> 1/R F Por lo general R F >> r d //R D y r d >> 10R D

43. 2) Configuración de Divisor de Voltaje R 1 R 2 V 0 C 1 C S R S ; si >>10 β ; si >>10 β Z i V i Z 0 V 0 G S r d R D R 1 R 2 gm V GS + Z i Z 0

44. DISEÑO DE REDES DE AMPLIFICADOR FET Diseñe la red de polarización fija para que tenga ganancia AC de 10. Es decir determine el valor de R D Debido a que: I DSS =10mA V p =-4V y OS =20 μ S V DD =30V Vi R D 10M 0.1 μ F

46. EJERCICICIOS LOS SIGUIENTES EJERCIOS SON AMPLIFICADORES EN MULTIETAPA LOS CUALES TIENEN LOS TRES TIPOS DE TRANSISTORES VISTO EN CLASE

47. Datos: Q 1 : I DSS =10mA ; V p =-4V Q 2 : I DSS =4mA ; V p =-5V Q 3 : β =50 ; V BC =0.7V Calcule: Puntos de Operación, Expresión literal para A V , Z i , Z 0 Evalúe del literal b EJEMPLO 20V 150k V i 8.6M R E 1k Q 1 Q 2 I D I D Z i Z 0

48. Análisis DC : Se obtiene: Q 3 : I BQ =92.4 μ A Q 1 : V gs1 =-1.44V Q 2 : V gs2 =0V Análisis AC : 150k V i 8.6M Z Mi 1k R 3 R 1 R E G B S D C E V 0 Z M0 I BQ gm V gs1 hie h fe + - V B Q 1 AV 1 AV 2 Q 1

49. En Q 2 : V gs2 =0 ; V s2 =0 V gs2 =0 ; gmV gs =0 Abierto

50. Datos: Q 1 : I DSS =10mA ; V p =-4V Q 2 : k=0.3mA/V 2 ; V TH =1V ; V gsq =8V Q 3 : β =50 ; V BC =0.7V ; I bq =10 μ A EJEMPLO R 1 +V cc R 4 R 2 R 3 R 5 V i 8M 150M 2M B A 2 2 2 1 1 1 2k 1k V 01 V 02 Z i Z 0 V g1 =0 V s1 =0 V gs1 =0 Q 3

51. I b3 V 01 R 1 R 4 R 2 R 3 R 5 V i 8M 150M 2M A 2k 1k V 02 Z 0 B G 2 D 2 S 2 gmV gs2 gmV gs1 C 3 b 3 V gs1 hie h fe I b3 e 3

52. LCK nodo A I b3 R 5 1k + - V A R 1 R 2 R 3 V i 8M 150M 2M A B gmV gs2 V gs2 + - I i I 1 I 2 I 3 V 01 R 4 2k V 02 C 3 b 3 hie h fe I b3 e 3 RR b3

55. Impedancia de Entrada : LCK nodo B

56. Impedancia de Salida : ó