Circuitos Electrónicos
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Circuitos Electrónicos Ingeniería de Telecomunicación 2º Curso (6 crd.) tecnun CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 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. tecnun 1 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 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 tecnun CIRCUITOS ELECTRÓNICOS 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 tecnun 2 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 VCB VEB C VBE IE IC B IB IE E B VBC IB IC E C npn pnp tecnun 3 TRANSISTOR BIPOLAR VCE VCE VBE IB iC iC Saturación Región Activa vBE (V) 0 0.5 iC=ISev 0.7 BE /VT iB4 iB3 iB2 iB1 vCE 0 VCE sat Corte iB=iC/β tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Dependencia de iC respecto de la tensión de colector Efecto Early tecnun 4 TRANSISTOR BIPOLAR Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región activa iC = ISev BE VBE~0.7 V /VT iB= iC/β = (ΙS/ β)·ev BE iE= iC/α = (ΙS/ α)·ev /VT β = α / (1− α) /VT iE = (β + 1)· iB BE iB = (1 − α)· iE = iE / (β + 1) Para un transistor pnp sin más habría que cambiar vBE por vEB. tecnun 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 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 tecnun 5 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 MESFETs MOSFETs Enrequecimiento Canal n D G tecnun Canal p D G S JFETs Empobrecimiento Canal n Canal p D G S De puerta de unión D G S Canal n D G S Canal p D G S S 6 TRANSISTOR MOSFET VDG IG=0 S IS ID G VGS VSG D G VGD IS IG=0 ID S D NMOS PMOS tecnun TRANSISTOR MOSFET VDS VDS VGS VGS iD iD Región Óhmica Vt 0 iD= tecnun Región Saturación vGS (V) 1 3 kW (V -V )2 2L GS t VGS4 VGS3 VGS2 VGS1 vDS 0 VDS sat Corte iD=is iG=0 7 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 vGS>Vt vDG>-Vt iD= kW (v -V )2 2L GS t iG=0 Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. tecnun W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbral Κ = Transconductancia del transistor (µA/V2) 8 TRANSISTOR MOSFET Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región óhmica vGS>Vt vDG<-Vt iD= v kW (vGS-Vt- DS )vDS L 2 iG=0 Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. tecnun W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbral Κ = Transconductancia del transistor (µA/V2) TRANSISTOR MOSFET Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región de corte vGS<Vt vDS>0 iD= 0 iG=0 Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de las expresiones. tecnun 9 TRANSISTOR JFET Relaciones corriente - tensión de un transistor JFET Región de saturación iD= β (vGS-Vp)2 vGS>Vp vDG> -Vp iG<<0 Región óhmica iD= β [2(vGS-Vp) vDS-v2DS] iG<<0 vGS>Vp vDG< -Vp Región de corte tecnun vGS<Vp<0 vDS> 0 iG=0 iD= 0 β = Corriente de drenador a fuente con la puerta cortocircuitada con la fuente (µA/V2) Vp = Tensión de estrangulamiento TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal IC Rc IB VBE VDD + VCE - IE tecnun 10 TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal iC Rc iB VDD + vCE vbe + - VBE iE tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal vBE=VBE+vbe iC=IsevBE/VT=Ise(VBE+vbe)/VT=IseVBE/VTevbe/VT=ICevbe/VT Si vbe<<VT (vbe<10 mV) iC iC=IC(1+vbe/VT) Rc iB vbe VBE +- + vCE - iE VDD ic=(IC/VT) vbe=gm vbe gm =IC/VT Transconductancia iB=iC/β=IC/β+ICvbe/(βVT)=IB+ib ib= ICvbe/(βVT)=gmvbe/β rπ=vbe/ ib =β /gm tecnun rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre base y emisor, mirando la base. 11 TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal Modelo híbrido π ic ib B + vbe rπ - C B gm =IC/VT rπ=β/ gm E ic ib B + vbe - E r0 gmvbe ie C rπ r0 βib ie C E tecnun TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal Modelo T C C C B B ib + vbe ie - ic αie B r0 re E ic gmvbe ib + vbe re ie r0 E E tecnun gm =IC/VT re=α/ gm ~VT /IC 12 TRANSISTOR BIPOLAR Modelo del transistor a pequeña señal Tabla resumen tecnun TRANSISTOR MOSFET Modelo del transistor a pequeña señal vGS=VGS+vgs iD=(W/2L)k(VGS+vgs-Vt)2 =(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs+(W/2L)kv2gs iD Rc iG vgs +- + VDD vDS - iS Si vgs << 2(VGS-Vt) iD=(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs~ID+id id=(W/L)k(VGS-Vt)vgs=gm vgs gm =(W/L)k(VGS-Vt)= 2kWID/(L) Transconductancia VGS iG=0 tecnun rπ=∞ rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre puerta y fuente, mirando la puerta. 13 TRANSISTOR MOSFET Modelo del transistor a pequeña señal D G id ig + vgs - G r0 gmvgs is S D S gm = 2kWID/(L) rπ= ∞ tecnun TRANSISTOR MOSFET Modelo del transistor a pequeña señal Efecto de Cuerpo G id ig + vgs - gmvgs is r0 D B gmbvbs + vbs - S gmb = δiD/δvBS| vGS=Cte. D vDS=Cte. G B S tecnun gmb = Χ gm Χ ∼ 0.1 − 0.3 gmb = δVt/δVSB=γ/(2 2φf+VSB) φf = potencial superfícial en fuerte inversión γ = parámetro de proceso 14 TRANSISTOR MOSFET Modelo del transistor a pequeña señal Tabla resumen tecnun Ejercicio Hallar el circuito equivalente a pequeña señal de: D C S E tecnun 15
