Universidad Politécnica Salesiana.

Resumen—Los amplificadores son muy utilizados, y ahora revisaremos los amplificadores diferenciales con transistores FET y MOSFET respectivamente pero con la

diferencia de su funcionamiento en Dinámica.

I.INTRODUCCIÓN

EL ANÁLISIS DINÁMICO DE COMPORTAMIENTO DE UN TRANSISTOR MOSFET ES NECESARIO REALIZARLO EN DOS CONTEXTOS: PRIMERAMENTE EN EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN PEQUEÑA SEÑAL, DONDE ADEMÁS DEL MODELO ESTÁTICO DEL MOSFET, SE INCLUYEN LAS CAPACIDADES PARÁSITAS. ES PROPIO DEL COMPORTAMIENTO LINEAL DEL MOSFET, COMO POR EJEMPLO EN AMPLIFICACIÓN. Y SEGUNDO EN EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN GRAN SEÑAL, DONDE SE ANALIZA LA CONMUTACIÓN ENTRE ESTADOS LÓGICOS DEL TRANSISTOR

II. TEMA:Amplificadores Diferenciales MOSFET y FET con un análisis en dinámica.

A. Amplificadores Diferenciales MOSFET Y FET

La impedancia de entrada de un amplificador diferencial puede ser muy alta si se utiliza transistores FET. La figura 6.13.a presenta un amplificador diferencial básico basado en los transistores NMOS, M1 y M2, cuya polarización se realiza a través de una fuente de corriente de valor ISS con una resistencia interna RSS. Al presentar este amplificador las mismas características de simetría descritas en el amplificador diferencial bipolar se puede utilizar la conversión a señal modo diferencial y modo común. Por similitud, en modo

diferencial el terminal fuente de estos transistores se comporta como un nudo de masa virtual y en modo común la resistencia RSS se descompone en dos en paralelo. Aplicando estos principios de simetría es sencillo comprobar que la ganancia en modo diferencial y común vale:

Fig. Amplificador Diferencial MOSFET

Fig. Circuito equivalente

La ganancia de este amplificador puede mejorarse utilizando cargas activas. Un amplificador diferencial NMOS con carga activa formado por los transistores M3 y M4. M3 y M4 tienen la puerta y el drenador cortocircuitado de forma que en pequeña

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Amplificadores DiferencialesBarzallo Efraín, Cuzco Patricio

efrayuko@hotmail.com, cpatriciob@est.ups.edu.ec.Universidad Politécnica Salesiana

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señal pueden ser sustituidos por un elemento resistivo de valor rdl||1/gml (subíndice l de load). Las expresiones de la Ad y Ac son similares a las descritas en la ecuación sustituyendo la RD por la carga equivalente rdl||1/gml.

La tecnología CMOS permite realizar también amplificadores diferenciales con carga activa. El amplificador de la figura 6.15.a utiliza un espejo de corriente de transistores PMOS como carga activa y el de la figura 6.15.b otro espejo de corriente autopolarizado con salida simple que realiza una conversión salida simple-entrada diferencial. En ambos casos se puede demostrar que, en primera aproximación, las ganancias en modo diferencial y común valen:

B. Modelado Dinámico del MOSFET

Al igual que en los transistores bipolares, la existencias de condensadores parásitos en la estructura MOS origina el retraso en la respuesta del mismo cuando es excitado por una señal de tensión o intensidad externa. La carga/descarga de los condensadores parásitos requiere un determinado tiempo, que determina la capacidad de respuesta de los MOSFET a una excitación. En la estructura y funcionamiento de estos transistores se localizan dos grupos de capacidades:

1) Las capacidades asociadas a las uniones PN de las áreas de drenador y fuente. Son no lineales con las tensiones de las uniones. Se denominan Capacidades de Unión.

2) Las capacidades relacionadas con la estructura MOS. Están asociadas principalmente a la carga del canal (iones o cargas libres) y varían notoriamente en función de la región de operación del transistor, de modo que no es posible, en general, considerar un valor constante de las mismas. Se denominan Capacidades de Puerta.

De ellas, las capacidades de puerta suelen ser más significativas, y dentro de ellas, la capacidad de puerta fuente (Cgs) y de drenador-fuente (Cgd) son en general las dominantes.

El análisis dinámico de comportamiento de un transistor MOS es necesario realizarlo en dos contextos: 1) en el análisis de circuitos en PEQUEÑA SEÑAL, donde además del modelo estático del MOS, se incluyen las capacidades parásitas. Es propio del comportamiento lineal del MOSFET, como por ejemplo en amplificación. 2) En el análisis de circuitos en GRAN SEÑAL, donde se analiza la conmutación entre estados lógicos del transistor. En este caso, es necesario incorporar las capacidades parásitas al análisis de las diferentes regiones de operación que recorren los transistores (ruta dinámica) de estos circuitos. En el circuito se muestra un inversor CMOS con una capacidad de carga CL. Se supone que CL incluye tanto la capacidad de carga del circuito como las capacidades parásitas más importantes del mismo. La existencia de esta capacidad limita el tiempo mínimo necesario para realizar transiciones entre estados lógicos estables: cero y uno.

Fig.- Inversor con carga Capacitiva

Así, cuando se pasa de cero a uno en la entrada (0 a VDD) la salida no cambia instantáneamente de uno a cero (VDD a 0), sino que emplea un cierto tiempo. Se puede suponer, para cálculos simplificados, que MP adquiere instantáneamente su estado final (CORTE), de forma que el transitorio a analizar contemplaría el circuito de la Fig. 4.32(a), con el transistor MN pasando de corte a saturación y óhmica, hasta que alcance la tensión 0 de salida. Durante este proceso se descarga el condensador

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CL. Algo simular puede suponerse para la transición de uno a cero en la entrada. Si suponemos que MN se corta instantáneamente, el circuito, refleja la carga del condensador CL a través de MP, que pasa de corte a saturación y finalmente a óhmica. Los tiempos empleados en ambos transiciones limitan la velocidad de conmutación del inversor CMOS.

III. CONCLUSIONES

Podría decir que como conclusión estaría bien

mencionar algo muy importante que es el simple hecho que no existe la gran información de estos amplificadores diferenciales sobre todo en el análisis en Dinámica.

IV. CONCLUSIONS

I could say that the conclusion would be nice to mention something very importantis the simple fact that there is great information for these differential amplifiersespecially in the dynamic analysis.

REFERENCIAS [1] Boylestad , Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos

10ma Edición,[2] Microelectronics, Millman y Grabel, McGraw Hill, 1987.[3] Schilling, D.L. and Belove.: “Circuitos electrónicos

discretos e integrados”. 3ª edición, McGraw-Hill, 1993.

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