Operaciónes a pequeña señal de los MOSFET

Diseño Análogo 2 – Tema # 6
Operación y modelos a pequeña señal de los MOSFET
Se hará el análisis del circuito amplificador de fuente común mostrado en la figura 6.1. Con el fin de mostrar que se pueden separar los análisis de DC y AC siempre y cuando se cumplan ciertas condiciones.


Figura 6.1

Si se realiza el análisis del circuito sin tener en cuenta el voltaje de señal se habla deun análisis en polarización. Para este caso se tiene:


Para asegurar saturación y debe ser mucho mayor, para permitir las excursiones de la señal.
Si ahora consideramos el efecto generado por las dos fuentes, AC y DC

Corriente instantánea


El primer es la corriente en DC , el segundo es una componente de corriente directamente proporcional a y el tercero es proporcional alcuadrado de este término se hace indeseado para amplificaciones lineales pues agrega un distorsión.
Para reducir este efecto el tercer término no debe generar un aporte significativo en la corriente es decir:


Es decir que

Si esta condición se cumple, llamada condición de pequeña señal se puede despreciar el tercer término o termino cuadrático quedando la corriente instantánea igual a:A la relación entre la corriente y el voltaje se le denomina transconductancia la cual se ilustra matemática y gráficamente a continuación.


Figura 6.2


La ganancia de voltaje






El signo – significa un desfase de 180°
Para que el amplificador no genere un recorte en los picos de la señal amplificada, por entrar en tríodo o ir al tope en esta señal debecumplir las siguientes condiciones


Gráficamente se puede observar esto en la figura 6.3

Figura 6.3
Mediante el análisis anterior, se ve que mientras la señal sea pequeña, podemos aplicar el principio de superpocision y separar los análisis AC del DC, debido a que se demostró que si la condición de pequeña señal se cumple


Donde el primer termino de las ecuaciones se refiere a lacomponente DC cuando la fuente de señal no es tenida en cuenta y el segundo término se puede encontrar si remplazamos el transistor por el modelo mostrado en la figura 6.4, denominado el modelo

Figura 6.4

Para utilizar este modelo como se dijo anteriormente se remplaza el transistor por el modelo y las fuentes de de voltaje DC se cortocircuitan y las de corriente DC se abren, luego se procedea realizar el cálculo de los parámetros relevantes del circuito como lo son la ganancia de voltaje, la resistencia de entrada y de salida entre otros.
La desventaja de este circuito es que considera la corriente de drenaje de saturación independiente del voltaje de drenaje, pero como se vio anteriormente esta corriente aumenta un poco debido al incremento de , este efecto debido a la modulacióndel canal se modelo por medio de una resistencia , donde es la corriente de polarización sin tener en cuenta la modulación del canal y es el voltaje Early que se encuentra en el rango de 50 a 100V.
Cabe resaltar que los parámetros de y dependen del punto de operación del MOSFET. Y el modelo completo se muestra en la figura 6.5

Figura 6.5

La transconducatancia
Del análisisanterior se obtuvo que la transconductancia es igual a

De acá se visualiza que para que un MOSFET tenga una mayor transconductancia su canal debe ser corto y ancho y también depende directamente de , es decir que un mas grande aumenta , pero a su vez aumentar este voltaje hace que disminuya la oscilación permisible del drenaje.
Una ecuación alternativa para se puede encontrar remplazandoY otra expresión para es cuando de remplaza

Si comparamos la transconductancia de los BJTs con relación a los MOSFET, tenemos que los primeros dependen solo del punto de operación, mientras los MOS dependen tanto de la polarización, como de la geometría del dispositivo.
Por ejemplo un MOS con una y un y , y para los mismos valores pero con una relación , mientras que para un BJT ....