Amplificadores con FETs - ITESO · Ecuaciones del E-MOSFET! En la región óhmica (triode region),...
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1
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.
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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
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3Dr. J.E. Rayas Sánchez
Estructura Física del E-MOSFET
m10m1 µµ ≤≤ Lm500m2 µµ ≤≤W
m1.0)SiO( 2 µ≈H
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4Dr. J.E. Rayas Sánchez
Estructura Física del E-MOSFET (cont.)
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5Dr. J.E. Rayas Sánchez
Operación del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS = 0)
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6Dr. J.E. Rayas Sánchez
Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS pequeño)
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7Dr. J.E. Rayas Sánchez
Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS grande)
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8Dr. J.E. Rayas Sánchez
Operación del E-MOSFET (vGS > Vt )
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9Dr. J.E. Rayas Sánchez
Curvas Características del E-MOSFET
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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 −=
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11Dr. J.E. Rayas Sánchez
Región Óhmica del E-MOSFET
1)](2[ −−≈= tGSDS
DSDS VvK
ivr
para vDS pequeño
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12Dr. J.E. Rayas Sánchez
Curva de Transconductancia del E-MOSFET
2)( tGSDS VvKi −=
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13Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modelo para Señal Grande del E-MOSFET
G D
vGS
S
K(vGS −Vt)2
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14Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modulación de la Longitud del Canal
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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
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16Dr. J.E. Rayas Sánchez
Símbolos de FETs
! E-MOSFET
=
LWCK OXnµ2
1
canal n canal p
! JFET2/ PDSS VIK =
Pt VV =
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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
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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
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19Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejercicios de Tarea
Resolver problemas 5.34 y 5.42 del libro de texto
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20Dr. J.E. Rayas Sánchez
El FET como Amplificador
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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 −=
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22Dr. J.E. Rayas Sánchez
El FET como Amplificador (cont.)
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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 +=+=
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24Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modelo del FET para Señal Pequeña
)(2 tGSm VVKg −=
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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
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26Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modulación de la Longitud del Canal
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27Dr. J.E. Rayas Sánchez
Fuente Común
rL vovi
?==i
oV v
vA ?=inZ
)||( Logsmo rrvgv −=
gsi vv =
LmLomV rgrrgA −≈−= )||(
∞=inZ
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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
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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
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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