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11.4: Amplificador de drenaje común

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    El amplificador de drenaje común es análogo al seguidor de emisor colector común. La versión JFET también se conoce como seguidor de fuente. El prototipo de circuito amplificador con modelo de dispositivo se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Al igual que con todos los seguidores de voltaje, esperamos una ganancia de voltaje no inversora cercana a la unidad, una alta\(Z_{in}\) y baja\(Z_{out}\).

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Prototipo de drenaje común (seguidor de fuente).

    La señal de entrada se presenta al terminal de puerta mientras que la salida se toma de la fuente. Muchos circuitos de polarización se pueden usar aquí siempre que no tengan un terminal de fuente conectado a tierra, como polarización de voltaje constante.

    11.4.1: Ganancia de voltaje

    Para desarrollar una ecuación para la ganancia de voltaje,\(A_v\), seguimos el mismo camino que tomamos con el amplificador de fuente común anteriormente en este capítulo. Primero, comenzamos con la definición fundamental, a saber, que la ganancia de voltaje es la relación de\(v_{out}\) a\(v_{in}\), y procedemos expresando estos voltajes en términos de sus equivalentes de ley de Ohm.

    \[A_v = \frac{v_{out}}{v_{i n}} = \frac{v_S}{v_G} \\ A_v = \frac{i_D r_L}{i_D r_L+v_{GS}} \\ A_v = \frac{g_m v_{GS} r_L}{g_m v_{GS} r_L+v_{GS}} \\ A_v = \frac{g_m r_L}{g_m r_L+1} \label{11.4} \]

    La ecuación\ ref {11.4} es muy similar a la ecuación de ganancia derivada para el amplificador fuente común inundado; siendo los cambios notables la falta del signo menos que indica que este circuito no invierte la señal, y\(r_L\) reemplazando\(r_S\) en el denominador. Vale la pena recordar que\(r_L\) aquí está la resistencia de la fuente de CA mientras que en el amplificador de fuente común\(r_L\) está la resistencia al drenaje de CA. Para evitar posibles confusiones, esta ecuación también podría escribirse como

    \[A_v = \frac{g_m r_S}{g_m r_S+1} \label{11.4b} \]

    En cualquier caso, el objetivo es asegurarse de eso\(g_mr_S \gg 1\). Al hacerlo, la ganancia de voltaje estará muy cerca de la unidad.

    11.4.2: Impedancia de entrada

    El análisis de la impedancia de entrada de drenaje común es prácticamente idéntico al del amplificador de fuente común inundado. El resultado se replica aquí por conveniencia.

    \[Z_{in} = r_G || r_{GS} \approx r_G \label{11.5} \]

    11.4.3: Impedancia de salida

    Para investigar la impedancia de salida, separaremos la resistencia de carga de la resistencia de polarización de la fuente, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\).

    clipboard_e5bf007edc8b3bf9cda303c134859fa4f.png

    Figura\(\PageIndex{2}\): Análisis de impedancia de salida de drenaje común.

    Desde la posición de\(R_L\), mirando hacia atrás hacia la fuente nos encontramos\(R_S\) en paralelo con la impedancia mirando hacia atrás en el terminal de la fuente. El voltaje en este nodo es\(v_{GS}\) y la corriente que ingresa a este nodo es\(i_D\). La relación de los dos debe producir la impedancia mirando hacia la fuente.

    \[Z_{source} = \frac{v_{GS}}{i_D} \\ Z_{source} = \frac{v_{GS}}{g_m v_{GS}} \\ Z_{source} = \frac{1}{g_m} \label{11.6} \]

    Por lo tanto, la impedancia de salida es

    \[Z_{out} = R_S || \frac{1}{g_m} \label{11.7} \]

    Podemos esperar que este valor sea mucho más pequeño que la impedancia de salida de los amplificadores de fuente comunes típicos.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    Para el seguidor que se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\), determine la impedancia de entrada y el voltaje de salida. Supongamos\(V_{in} = 100\) mV,\(I_{DSS} = 30\) mA,\(V_{GS(off)} = −2\) V.

    clipboard_e7343156d8515703a70dd9d19ce9e2ae8.png

    Figura\(\PageIndex{3}\): Circuito por Ejemplo\(\PageIndex{1}\).

    Este es un seguidor que usa sesgo propio. Lo encontraremos\(g_m\) a través de la gráfica de autosesgo.

    \[g_{m0} =− \frac{2 I_{DSS}}{V_{GS (off )}} \nonumber \]

    \[g_{m0} =− \frac{60 mA}{−2 V} \nonumber \]

    \[g_{m0} = 30 mS \nonumber \]

    \(R_S\)es 1 k\(\Omega\), rindiendo 30 para\(g_{m0} R_S\). La corriente de drenaje normalizada del gráfico de autopolarización es aproximadamente 0.05.

    \[g_m = g_{m0} \sqrt{\frac{I_D}{I_{DSS}}} \nonumber \]

    \[g_m = 30mS\sqrt{0.05} \nonumber \]

    \[g_m = 6.71 mS \nonumber \]

    \[A_v = \frac{g_m r_S}{g_m r_S+1} \nonumber \]

    \[A_v = \frac{6.71mS(1 k\Omega || 600 \Omega)}{6.71 mS(1k \Omega || 600\Omega)+1} \nonumber \]

    \[A_v = 0.716 \nonumber \]

    Así\(V_{out}\) es 71.6 mV. Por inspección,\(Z_{in}\) podrá aproximarse a 2.2 M\(\Omega\).

    Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

    Para el circuito que se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\), determine la impedancia de entrada y el voltaje de salida. Supongamos\(V_{in} = 100\) mV,\(I_{DSS} = 36\) mA,\(V_{GS(off)} = 3\) V.

    clipboard_e3404542e281880fbf2c9642b6e2b1ba0.png

    Figura\(\PageIndex{4}\): Circuito por Ejemplo\(\PageIndex{2}\).

    Este seguidor utiliza sesgo de combinación con un JFET de canal P. Tenga en cuenta que la fuente está en la parte superior. Encontraremos a\(g_m\) través de la gráfica de sesgo de combinación para\(k = 3\) (\(k = V_{SS} / V_{GS(off)})\).

    \[g_{m0} = \frac{2 I_{DSS}}{V_{GS( off )}} \nonumber \]

    \[g_{m0} = \frac{72 mA}{3V} \nonumber \]

    \[g_{m0} = 24 mS \nonumber \]

    \(R_S\)es 1.8 k\(\Omega\), rindiendo 43.2 para\(g_{m0} R_S\). La corriente de drenaje normalizada de la gráfica de polarización\(k = 3\) combinada es aproximadamente 0.17.

    \[g_m = g_{m0} \sqrt{\frac{I_D}{I_{DSS}}} \nonumber \]

    \[g_m = 24 mS \sqrt{0.17} \nonumber \]

    \[g_m = 9.9mS \nonumber \]

    \[A_v = \frac{g_m r_S}{g_m r_S+1} \nonumber \]

    \[A_v = \frac{9.9mS(1 k\Omega || 1.8k \Omega)}{9.9 mS(1k\Omega || 1.8 k\Omega)+1} \nonumber \]

    \[A_v = 0.864 \nonumber \]

    Así\(V_{out}\) es 86.4 mV. Por inspección,\(Z_{in}\) puede aproximarse a 390 k\(\Omega\).


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