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Amplificadores con FETs

(Repaso)

Dr. José Ernesto Rayas Sánchez

Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de la página de internet de los autores del texto:

A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.

2Dr. J.E. Rayas Sánchez

Introducción

! En relación a los BJTs, los FETs son más fáciles de fabricar, y pueden hacerse más pequeños

! Existe una gran variedad de tecnologías FET: MOS, CMOS, DMOS, JFET, VMOS, etc.

! Funciones de lógica digital y memorias pueden fabricarse enteramente con MOSFETs

! La mayoría de los circuitos VLSI se implementan con tecnología MOS

3Dr. J.E. Rayas Sánchez

Estructura Física del E-MOSFET

m10m1 µµ ≤≤ Lm500m2 µµ ≤≤W

m1.0)SiO( 2 µ≈H

4Dr. J.E. Rayas Sánchez

Estructura Física del E-MOSFET (cont.)

5Dr. J.E. Rayas Sánchez

Operación del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS = 0)

6Dr. J.E. Rayas Sánchez

Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS pequeño)

7Dr. J.E. Rayas Sánchez

Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS grande)

8Dr. J.E. Rayas Sánchez

Operación del E-MOSFET (vGS > Vt )

9Dr. J.E. Rayas Sánchez

Curvas Características del E-MOSFET

10Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ecuaciones del E-MOSFET

! En la región óhmica (triode region), tGSDS Vvv −<

=

LWCK OXnµ2

1])(2[ 2DSDStGSDS vvVvKi −−=

µn movilidad de los electronesCOX capacitancia parásita de G-B por unidad de área

1)](2[ −−≈= tGSDS

DSDS VvK

ivr para vDS pequeño

! En la región de saturación, tGSDS Vvv −≥2)( tGSDS VvKi −=

11Dr. J.E. Rayas Sánchez

Región Óhmica del E-MOSFET

1)](2[ −−≈= tGSDS

DSDS VvK

ivr

para vDS pequeño

12Dr. J.E. Rayas Sánchez

Curva de Transconductancia del E-MOSFET

2)( tGSDS VvKi −=

13Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modelo para Señal Grande del E-MOSFET

G D

vGS

S

K(vGS −Vt)2

14Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modulación de la Longitud del Canal

15Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modelo del FET para Señal Grande (cont.)

G D

vGS

S

K(1+λvDS)(vGS −Vt)2

λ: factor de modulación de la longitud del canal

16Dr. J.E. Rayas Sánchez

Símbolos de FETs

! E-MOSFET

=

LWCK OXnµ2

1

canal n canal p

! JFET2/ PDSS VIK =

Pt VV =

17Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo

Calcular el punto de operación del JFET (VP = -4V, IDSS = 12mA)

+20 V

2.7 KΩ100 KΩ

RD

2.7 KΩRSRG2

RG11.4 MΩ

0.6 MΩ

RL2.7 KΩ

vs

voRSS

18Dr. J.E. Rayas Sánchez

Problema

Calcular el punto de operación del MOSFET (Vt = 1.5 V, K = 0.125 mA/V2)

RD

RG RLvi

vo

VDD(15V)

10 KΩ

10 MΩ

10 KΩ

19Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejercicios de Tarea

Resolver problemas 5.34 y 5.42 del libro de texto

20Dr. J.E. Rayas Sánchez

El FET como Amplificador

21Dr. J.E. Rayas Sánchez

Transconductancia del FET, gm

En la región de saturación, tGSDS Vvv −≥2)( tGSDS VvKi −=

GSGS VvGS

DSm v

ig=

∂∂= )(2 tGS VVK −=

22Dr. J.E. Rayas Sánchez

El FET como Amplificador (cont.)

23Dr. J.E. Rayas Sánchez

Señal Pequeña

gsGSGS vVv +=2)( tGSDS VvKi −=

2)( tgsGSDS VvVKi −+=

22 )(2)( gsgstGStGSDS KvvVVKVVKi +−+−=

condición para señal pequeña,

)(2 tGSgs VVv −<<

gstGStGSDS vVVKVVKi )(2)( 2 −+−=

dsDSgsmDSDS iIvgIi +=+=

24Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modelo del FET para Señal Pequeña

)(2 tGSm VVKg −=

25Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modelo del FET para Señal Pequeña (cont.)

)(2 tGSm VVKg −=

DS

Ao I

Vr =

λ/1=AV

λ: factor de modulación de la longitud del canal

Ω≤≤Ω M1K10tip. or

26Dr. J.E. Rayas Sánchez

Modulación de la Longitud del Canal

27Dr. J.E. Rayas Sánchez

Fuente Común

rL vovi

?==i

oV v

vA ?=inZ

)||( Logsmo rrvgv −=

gsi vv =

LmLomV rgrrgA −≈−= )||(

∞=inZ

28Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejemplo

Calcular Av y Zin del siguiente amplificador JFET (VP = -4V, IDSS = 12mA)

+20 V

2.7 KΩ100 KΩ

RD

2.7 KΩRSRG2

RG11.4 MΩ

0.6 MΩ

RL2.7 KΩ

vs

voRSS

29Dr. J.E. Rayas Sánchez

Problema

Calcular Av y Zin del siguiente amplificador E-MOS (Vt = 1.5 V, K = 0.125 mA/V2)

RD

RG RLvi

vo

VDD(15V)

10 KΩ

10 MΩ

10 KΩ

30Dr. J.E. Rayas Sánchez

Ejercicios de Tarea

Resolver problemas 5.48, 5.50, 5.52, 5.54 y 5.57 del libro de texto