Amplificador Fet

Análisis FET a bajas frecuencias

Los Amplificadores con FET se utilizan en lugar de los amplificadores con BJT en el intervalo de frecuencias de 100MHz a 10GHz porque generan menos ruido y tienen un mejor desempeño en altas frecuencia. Los amplificadores con FET también son de gran utilidad cuando requiere impedancias de entrada grandes. El análisis del amplificador a FET en la región de baja frecuencia es muy similar al del amplificador BJT. Nuevamente existen tres capacitores principales que se muestran en la figura 1.20: CG, CC, y CS. Aunque la Figura 1.21 se utilizará para establecer las ecuaciones fundamentales, el procedimiento y las conclusiones pueden aplicarse a la mayoría de las configuraciones a FET.

Figura1.20 Amplificador con FET en auto polarización con carga

Figura1.21 Equivalente de ca del circuito de la figura 1.20

Para determinar los efectos de CG sobre la frecuencia se asume que CC y CE tienen

capacitancias infinitas por lo que se puede utilizar un equivalente de corto circuito. Eliminando la fuente y con CC y CE en cortocircuito, se redibuja el circuito de la figura 1.21 como se muestra en la figura 1.22.

Figura 1.22 Circuito equivalente de ca de la figura 1.20 con CS y CC sustituidos

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON JFET

Este tipo de amplificador tiene la ventaja de que prácticamente no absorben corriente por el terminal de control, la puerta, poseen un infinito nivel de ruido de corriente y permiten ser cargados desde una alta impedancia sin que se convierta el ruido de corriente a ruido de voltaje.

Tiene la desventaja de su escasa potencia y de que su corriente de drenador máxima, IDSS es baja. Su transconductania es baja pero su linealidad es alta en relación con esta cifra. Su capacidad de estrada es mayor que los BJT pero es relativamente baja.

Otro problema es que cuando la tensión diferencial supera una cierta cifra se convierten en diodo, producen una inversión en la fase de su rama y un incorrecto funcionamiento de la etapa.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL (A. D.)3.1.- INTRODUCCION:

Uno de los amplificadores más importantes en Electrónica es el amplificador diferencial. Comúnmente recibe dos señales de entrada y su salida puede ser balanceada o desbalanceada. Se le denomina amplificador diferencial porque su salida es proporcional a la diferencia de las señales de entrada.

Io es una fuente de corriente constante que debe ofrecer una altaimpedancia a la señal.Si la salida se toma en V

s1

ó V

s2

respecto a tierra, se dice que la salida esdesbalanceada.Si la salida se toma entre V

s1

y V

s2

, se dice que la salida es balanceada.V

1

y V

2

son las señales de entrada.La salida debe ser proporcional a la diferencia de las señales de entrada, esdecir:

( )

21

V V AV

d s

−=

Ad es la ganancia en modo diferencialLa ecuación anterior corresponde a la respuesta ideal del A.D., sinembargo, los A.D. reales presentan una salida dada por la ecuación siguiente:

( )

     ++−=

2

2121

V V AV V AV

cd s

A

c

es la ganancia en modo común y generalmente se busca que sea lo máspequeña posible. Idealmente debería ser cero.

Modo diferencial =

21

V V V

d

−=

Modo común =

2

21

V V V

c

+=

Debe indicarse que el modo común no está formado solamente por elpromedio de las señales de entrada, sino también por cualquier señal no deseada(ruido, interferencia, etc.) acoplada a ambas entradas a la vez. Si ello sucede, elamplificador tenderá a eliminarlas de su salida.Por lo anterior, podemos decir que este tipo de amplificador tiende aeliminar las señales no deseadas que se presenten en sus entradas.Para efectuar el análisis del circuito se expresan las señales de entradamediante el modo común y el modo diferencial.

2

1

d c

V V V

+=

2

2

d c

V V V

−=

Cuando se analiza con pequeña señal podemos utilizar los modelos decuadripolo lineal del transistor. Cuando se analiza con gran señal, debemos utilizar la característica no lineal del transistor (por ejemplo, las ecuaciones de EbersMoll).

FACTOR DE RECHAZO AL MODO COMUN (CMRR):

Este es un parámetro muy útil para saber la calidad del A.D. Se le definecomo:

cd

A ACMRR

=

También se acostumbra expresarlo en decibeles:

      =

cd db

A ACMRR

log20

Idealmente el CMRR debe ser infinito.En un A.D. real conviene que sea lo más alto posible.La fuente de corriente constante tiene mucha importancia para conseguir una ganancia en modo común muy pequeña y, por tanto, un alto factor de rechazoal modo común.

2.2.- ANALISIS DEL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

En el esquema básico podemos plantear las siguientes ecuaciones:

k E E

I ii

=+

21

Además:

2211

BE BE

V V V V

−=−

2

De donde:

2121

BE BE

V V V V

−=−

Si los transistores trabajan en la región activa, podemos representar lacaracterística de transferencia del transistor mediante una ecuación similar a la deldiodo semiconductor:

T BE T BE

V V ES C V V ES E

e I ie I i

η η

α

==

Si ambos transistores tienen características eléctricas muy similares,podemos plantear la siguiente ecuación:

k V V ES V V ES

I e I e I

T BE T BE

=+

η η

21

Además:

T BE BE

V V V E E

eii

η

21

21

−

=

Si llamamos:

T T BE BE

V V V V V V z

η η

2121

−=−=

Y utilizamos las propiedades de las proporciones, obtendremos:

z k E z k E

e I ie I i

−

+=+=

11

21

Utilizando MATLAB podemos graficar estas ecuaciones:

3

Fig. 3.2

Podemos observar que:

1.-

Cuando no hay señal (z = 0) cada transistor conduce la mitad de la corriente Io.

2.-

La máxima corriente que puede conducir un transistor es Io y, por ello,podemos evitar que llegue a la

...