Circuitos Electrónicos
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tecnun
Circuitos Electrónicos
Ingeniería de Telecomunicación
2º Curso (6 crd.)
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1. Amplificadores de uno y dos transistores1.1 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 activas2.1 Fuentes de corriente
2.2 Fuentes de corriente como cargas activas
3. Etapas de salida3.1 Clasificación de las etapas de salida.
3.2 Etapa de salida clase A.
3.3 Etapa de salida clase B.
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
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3.4 Etapa de salida clase AB.
3.5 Disipación de potencia en transistores. Transistores depotencia.
4. Amplificador operacional4.1 Análisis de los amplificadores operacionales
4.2 Desviaciones respecto a la idealidad de amplificadoresoperacionales reales
5. Respuesta en frecuencia de amplificadores5.1 Diagramas de Bode
5.2 Respuesta en frecuencia de un amplificador de una etapa
5.3 Respuesta en frecuencia de amplificadores multietapa
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
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6. Realimentación en circuitos electrónicos6.1 Ecuaciones ideales de realimentación
6.2 Propiedades de la realimentación negativa en el diseño deamplificadores
6.3 Configuraciones básicas de realimentación
6.4 Estabilidad de amplificadores realimentados
6.5 Osciladores sinusoidales
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
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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
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TRANSISTOR BIPOLAR
npn pnp
C
E
B
E
C
BIC
IEIB
IE
ICIB
VBE
VCB VEB
VBC
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TRANSISTOR BIPOLAR
VBE
VCEVCE
IB
iC
vBE (V)0.5 0.70
iC
vCE
0
iB1
iB2
iB3
iB4RegiónActivaSaturación
VCE sat
iB=iC/βiC=ISevBE /VT
Corte
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TRANSISTOR BIPOLAR
Dependencia de iC respecto de la tensión de colectorEfecto Early
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TRANSISTOR BIPOLAR
Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región activa
iC = ISevBE /VT
iB= iC/β = (ΙS/ β)·evBE /VT
iE= iC/α = (ΙS/ α)·evBE /VT
VBE~0.7 V
β = α / (1− α)
iE = (β + 1)· iB
iB = (1 − α)· iE = iE / (β + 1)
Para un transistor pnp sin más habría que cambiar vBE por vEB.
IS = Corriente de saturación -- VT = Voltaje térmico=kT/q~25 mV a temperatura ambienteβ = ganancia en corriente en emisor común -- α = ganancia en corriente en base común
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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
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TRANSISTOR BIPOLAR
Relaciones corriente - tensión de un transistor BJT operando en la región de corte
iC = iB = iE = 0
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TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
De puerta aislada De puerta de unión
MOSFETs MESFETs JFETs
Enrequecimiento Empobrecimiento
Canal n Canal p Canal n Canal p Canal n Canal pD
S
G
S
G
D D
S
G
D
S
G
D
G
S
D
G
S
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TRANSISTOR MOSFET
NMOS PMOS
D
S
G
S
D
GID
ISIG=0
IS
ID
IG=0VGS
VDG VSG
VGD
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TRANSISTOR MOSFET
VGS
VDSVDS
iD
vGS (V)1 30
iD
vDS0
VGS1
VGS2
VGS3
VGS4Región
SaturaciónRegiónÓhmica
VDS sat
iD=is
iG=0
Corte
VGS
Vt
iD= (VGS-Vt)2kW2L
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TRANSISTOR MOSFET
Dependencia de iD respecto de la tensión VDS
Modulación de la longitud de canal
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TRANSISTOR MOSFET
Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región de saturación
Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de lasexpresiones.
W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbralΚ = Transconductancia del transistor (µA/V2)
iD= (vGS-Vt)2kW2L
vGS>Vt
vDG>-Vt
iG=0
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TRANSISTOR MOSFET
Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región óhmica
Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de lasexpresiones.
W = Anchura de canal -- L= Longitud de canal -- Vt = Tensión umbralΚ = Transconductancia del transistor (µA/V2)
vGS>Vt
vDG<-Vt
iD= (vGS-Vt- )vDSkWL
vDS
2iG=0
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TRANSISTOR MOSFET
Relaciones corriente - tensión de un transistor NMOS operando en la región de corte
Para un transistor PMOS sin más habría que cambiar el signo de lasexpresiones.
vGS<Vt
vDS>0
iD= 0 iG=0
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TRANSISTOR JFET
Relaciones corriente - tensión de un transistor JFET
vGS>Vp
vDG> -Vp
iD= 0 iG=0
Región de saturación
iD= β (vGS-Vp)2
Región óhmica
iD= β [2(vGS-Vp) vDS-v2DS]
vGS>Vp
vDG< -Vp
Región de corte
vGS<Vp<0vDS> 0
β = Corriente de drenador a fuente con la puerta cortocircuitada con la fuente (µA/V2) Vp = Tensión de estrangulamiento
iG<<0
iG<<0
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TRANSISTOR BIPOLAR
Modelo del transistor a pequeña señal
VBE
VDDRc
IB
IC
IE
+
-VCE
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Modelo del transistor a pequeña señal
TRANSISTOR BIPOLAR
VBE
VDD
Rc
iB
iC
iE
+
-vCE
+-
vbe
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Modelo del transistor a pequeña señal
TRANSISTOR BIPOLAR
VBE
VDD
Rc
iB
iC
iE
+
-vCE
+-
vbe
vBE=VBE+vbe
iC=IsevBE/VT=Ise
(VBE+vbe)/VT=IseVBE/VTevbe/VT=ICevbe/VT
Si vbe<<VT (vbe<10 mV)
iC=IC(1+vbe/VT)
gm =IC/VT Transconductancia
iB=iC/β=IC/β+ICvbe/(βVT)=IB+ib
ib= ICvbe/(βVT)=gmvbe/β
rπ=vbe/ ib =β /gm
rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre base yemisor, mirando la base.
ic=(IC/VT) vbe=gm vbe
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Modelo del transistor a pequeña señalModelo híbrido π
TRANSISTOR BIPOLAR
C
E
B
B C
E
+
-
vberπ r0
gmvbe
ib ic
ie
B C
E
+
-
vberπ r0
βib
ib ic
ie
gm =IC/VT
rπ=β/ gm
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Modelo del transistor a pequeña señalModelo T
TRANSISTOR BIPOLAR
C
E
B
gm =IC/VT
re=α/ gm ~VT /IC
B
C
E
+
-
vbe re
αieib
ic
ie
r0
B
C
E
+
-
vbe re
gmvbeib
ic
ie
r0
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Modelo del transistor a pequeña señalTabla resumen
TRANSISTOR BIPOLAR
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Modelo del transistor a pequeña señal
TRANSISTOR MOSFET
iD=(W/2L)k(VGS+vgs-Vt)2
=(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs+(W/2L)kv2
gs
Si vgs << 2(VGS-Vt)
vGS=VGS+vgs
iD=(W/2L)k(VGS-Vt)2+(W/L)k(VGS-Vt)vgs~ID+id
id=(W/L)k(VGS-Vt)vgs=gm vgs
iG=0 rπ=∞
rπ resistencia de entrada a pequeña señal entre puerta yfuente, mirando la puerta.
VGS
VDD
Rc
iG
iD
iS
+
-vDS
+-
vgs
gm =(W/L)k(VGS-Vt)= 2kWID/(L) Transconductancia
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Modelo del transistor a pequeña señal
TRANSISTOR MOSFET
G D
S
+
-
vgs r0gmvgs
ig id
is
gm = 2kWID/(L)rπ= ∞
D
S
G
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Modelo del transistor a pequeña señalEfecto de Cuerpo
TRANSISTOR MOSFET
D
S
GB
G D
S
+
-
vgs r0gmvgs
ig id
is
gmbvbs
B+
-
vbs
gmb = δiD/δvBS| vGS=Cte.vDS=Cte.
gmb = Χ gm
gmb = δVt/δVSB=γ/(2 2φf+VSB)
Χ ∼ 0.1 − 0.3
φf = potencial superfícial en fuerte inversiónγ = parámetro de proceso