Amplificador Diferencial Con JFET

Electrónica Analógica II

Universidad Politécnica Salesiana

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Amplificadores iferenciales con !ransistores "#E! "orge (leas +uenca $oleasc7est'ups'edu'ec $oleasc7est'u ps'edu'ec Pablo Esteban 0ópe8 plope8m7est'ups'edu'ec plope8m7est'ups'e du'ec "efferson *i9án $vinanr7est'ups'edu'ec $vinanr7est' ups'edu'ec +ristian :5unio cortegao7est'ups'edu'ec Andrés 6uac5ic5ulca aguac5ic5ulca7est'ups'edu'ec Universidad Politécnica Salesiana El presen presente te inform informee busca busca a nivel nivel teóric teóricoo Resumen — El mate matem mátic ático, o, estab stable lece cerr el func funciion onaamien mientto de los los Amplificadores iferenciales con !ransistores "#E! a través de defini definicio ciones nes básica básicas, s, con concep ceptos tos teóri teóricos cos circui circuitos tos de e$emplo % simulaciones en soft&are'

II'

A.+( !E/.I+(

Transistores JFET 0os transistores "#E! o !ransistor de Efecto de Palabras clave—Voltaje clave—Voltaje Diferencial: es la +ampo es un transistor de material semiconductor medida de un voltaje entre dos puntos que por LVK %a sea de tipo 1 o P, caracter2stica 3ue definirá el resulta la diferencia de los dos voltajes respecto a canal del transistor cu%o flu$o de corriente I4 desde un punto punto en común común,, Voltaj ltajee a la sali salida: da: Es la rain 5asta Source está controlado por un campo medida de un voltaje que se toma desde un punto , eléctrico creado a partir de un volta$e, este volta$e es pero referido referido a tierra denominado el volta$e *6S, *olta$e entre 6ate % Source, a continuación, presentamos un es3uema 3ue muestra la disposición en un transistor "#E!' !

I'()"E!I*(S

Objetivo General +omprender el funcionamiento del Amplificador iferencial, estableciendo conceptos % e$emplos para comprobarlo a través de simulaciones en soft&are'

Objetivos Específicos •

• •

efinir las ecuaciones necesarias para determinar las ganancias en las diferentes configuraciones del amplificador diferencial' Establecer los puntos de traba$o de los transistores Simular % comprobar el funcionamiento del circuito amplificador'

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0aboratorio de Electrónica Analógica II

Figure 1 - Transistor JFET de canal N y canal P respectivamente.


Zonas de Funcionamiento del JFET


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0a Ecuacin de !"oc#ley define la relación entre I % *6S'

Al igual 3ue los transistores de unión, )"! los transistores de efecto de campo tienen una curva de traba$o caracter2stica tanto a la entrada como a la salida del circuito mismas 3ue detallaremos a continuación' ;' ZONA ÓH!"A o #!NEA#' < En esta 8ona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de *6S' Un parámetro 3ue aporta el fabricante es la resistencia 3ue presenta el dispositivo para *S=>, % distintos valores de *6S'

Figure $ - Ecuacin de !"oc#ley

?' ZONA $E %AT&'A"!ÓN ' < En esta 8ona es donde el transistor se comporta como una fuente de corriente gobernada por *6S' @' ZONA $E "O'TE ' < 0a intensidad de drenador es nula I=>B, El transistor es como un circuito abierto'

Figure % - &urva de Trans'erencia del JFET

Siendo la figura de la i83uierda la 3ue es descrita por la Ecuación de S5ocCle%, % la parte derec5a las rectas de carga a la salida del transistor'

(ar)metros importantes del JFET !$%% = +orriente de saturación entre  % S con tensión *6S=> *G%off = *olta$e 3ue produce el cierre del canal *G%% = *olta$e de ruptura entre 6 % S con *S=>

Figure 2 - Zonas de Trabajo del JFET



Amplificadores $iferenciales con Transistores JFET Un amplificador operacional, o amp-op, es un amplificador diferencial de mu% alta ganancia con alta impedancia de entrada % ba$a impedancia de salida' 0os usos t2picos del amplificador operacional son proporcionar cambios en la amplitud del volta$e amplitud % polaridadB, en osciladores, en circuitos de filtrado % en muc5os tipos de circuitos de instrumentación' Un amplificador operacional contiene varias etapas de amplificadores diferenciales para alcan8ar una mu% alta ganancia de volta$e'


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Figure , - *e'inicin de las entradas del ampli'icador di'erencial

Figure   &on'iguracin para obtener una salida ampli'icada y en 'ase

Figure ( - )mpli'icador *i'erencial +iFET

+,- Entrada %encilla 0a operación de entrada sencilla se obtiene cuando la se9al de entrada se conecta a una entrada con la otra entrada conectada a tierra' 0as figuras D %  muestran las se9ales conectadas para esta operación' 0a entrada se aplica a la entrada positiva con la entrada negativa a tierraB, lo 3ue produce una salida de la misma polaridad de la se9al de entrada aplicada' 0a figura muestra una se9al de entrada aplicada a la entrada negativa, % por tanto la fase de salida es la opuesta a la de la se9al aplicada'


Figure / - &on'iguracin para obtener una salida ampli'icada e invertida

.,- Entrada doble /diferencial0 Además de utili8ar sólo una entrada, es posible aplicar se9ales en cada entrada, lo 3ue constitu%e una operación de doble entrada' 0a figura ;>'@a muestra una entrada, Vd , aplicada entre las dos terminales de entrada recuerde 3ue ninguna entrada está conectada a tierraB, con la salida amplificada



H

resultante en fase con la de la se9al aplicada entre las entradas positiva % negativa, 0a figura a continuación muestra 3ue se obtiene la misma acción cuando se aplican dos se9ales distintas a las entradas4 la diferencia de se9al es Vi#$Vi%'

Figure 0 - &on'iguracin de entrada doble

Figure 11 - peracin en modo com5n

'ec4a5o en modo com3n Una caracter2stica significativa de una coneGión diferencial es 3ue las se9ales 3ue son opuestas en las entradas están mu% amplificadas, mientras 3ue las 3ue son comunes a las dos entradas sólo se amplifican ligeramente —la operación total consiste en amplificar la diferencia de las se9ales al mismo tiempo 3ue se rec5a8a la se9al comFn en las dos entradas' Puesto 3ue el ruido cual3uier se9al de entrada indeseableB en general es comFn a ambas entradas, la coneGión diferencial tiende a atenuar esta entrada indeseada al mismo tiempo 3ue amplifica la salida de la diferencia de se9al aplicada a las entradas' Esta caracter2stica de operación se conoce como rec5a8o en modo comFn' Figure 1 - tra con'iguracin de entrada doble en la 3ue se obtiene el mismo tipo de se4al de salida 3ue el primer caso

1,- Operaci2n en modo com3n +uando se aplican las mismas se9ales a ambas entradas, se obtiene la operación en modo comFn, como se muestra en la figura' Idealmente, las dos entradas se amplifican de la misma manera, % puesto 3ue producen se9ales de polaridad opuesta a la salida, estas se9ales se anulan % el resultado es una salida de > *' e 5ec5o, se obtendrá una se9al de salida pe3ue9a'




ESA..(00( Amplificador diferencial basado en transistores efecto de campo6 +ondiciones para el funcionamiento en 8ona activa si los dispositivos son "fet están dadas por III'

;B ?B 6lustracin 1circuito e3ueivalente en )&

ónde

Ecuaciones7

@B

;;B

0a suma de las dos corrientes de drena$es esta fi$ada por la #uente de corriente HB

;?B ;@B ;HB ;JB

JB .esolviendo para eGpresar las corrientes en función de la entrada diferencial % los parámetros del circuito KB

atos

Análisis en +

DB Si la entrada diferencial es grande, toda la corriente de fuente circula por uno de los #ets, en consecuencia la corriente de la fuente Io fuera ma%or 3ue la de ISS de los dispositivos la $untura puerta-canal podr2a 3uedar directamente polari8ado, ósea 3ue siempre adopta Io menor o lo asumo igual a la de ISS ' 0a amplitud máGima de entrada diferencial esta dado por  B &ircuito e3uivalente en )&


.esolviendo ;B % ?B tenemos

Análisis en +A

J



K

6lustracin % - !imulacion de la onda de entrada y salida del ampli'icador

%imulaci2n Amplificador $iferencial con JFET

6lustracin ( - *iagrama de +ode del )mpli'icador *i'erencial

•

•

6lustracin 2 - )mpli'icador di'erenecial

•

%imulaci2n de *alores de Tension 7 "orrientes •

6lustracin $  Fuente de corriente constante

•

•


I*' A 1L0ISIS M +(1+0USI(1ES Podemos decir 3ue la caracter2stica principal del amplificador diferencial es la alta impedancia a las entradas, % una amplificación en función de las resistencias % corriente de rain' 0as salidas están en función de la coneGión de entrada para obtener una salida invertida o en fase a la entrada' 0a ganancia no var2a en función de la frecuencia, una de las caracter2sticas beneficiosas del amplificador' Ne can sa% t5at t5e main c5aracteristic of t5e differential amplifier is t5e 5ig5 impedance at t5e inputs, and an amplification in t5e function of t5e resistors and t5e drain current' O !5e outputs depend on t5e input connection to obtain an inverted output and in p5ase to t5e input' O !5e gain does not var% depending on t5e fre3uenc%, one of t5e beneficial features of t5e amplifier'


. E+(E1A+I(1ES •

•

•

' El análisis de la tecnolog2a utili8ada en estos amplificadores debe partir con la premisa de los transistores )$t, una ve8 alcan8ado el conocimiento re3uerido se puede modelar el comportamiento de como funcionaria aplicado el transistor de efecto de campo #E! 3ue se controla mediante volta$e de esa manera se llegan a las conclusiones referenciadas 3ue tienen un comportamiento 5omologo' 0as simulaciones correctamente reali8adas 5acen énfasis en el fundamento teórico de los amplificadores diferenciales donde estos mane$an una impedancia alta para su mane$o, % concuerdan con todos los aspectos teóricos, como la inversión de fase, el despla8amiento entre otras' #inalmente % como acotación general mane$ar este tipo de amplificadores tiene sus venta$as % desventa$as pero en general aplicar % 5omologar conceptos sobre los )$t 5acia los fet 5ace un realce significativo al momento de su aplicación'

.E#E.E1+IAS

Anónimo,?>>;, 0(S !.A1SIS!(.ES E E#E+!( E +AP(Q, isponible en 5ttpRR&&&'profesormolina'com'arRtutorialesRtrans;@, +A.A+!E.IS!I+AS E !.A1S#E.E1+IAQ, isponible en 5ttpsRRpre8i'comRDtn@eCnmunRcaracteristicas-detransferenciaR 8%9 Anónimo, A9o esconocido, !.A1SIS!(. "#E!Q, isponible en 5ttpsRR&&&'electronicafacil'netRtutorialesR!.A1SIS!(. -#E!'p5p 819

)utores


Universidad Politécnica Salesiana "orge 6abriel (leas +uenca "eferson .amiro *i9an .amon +5ristian Adrian :5unio (rtega Andres 0i8ardo 6uac5ic5ulca ari9o Pablo Esteban 0ope8 artine8 Estudiantes de la carrera de Ingenier2a Electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana +uenca - Ecuador

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Amplificador Diferencial Con JFET

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