Informe Fet Mosfet Igbt(1)

Universidad Politécnica Salesiana. Amplificadores con MOSFET.

1

Resumen— Los amplificadores de pequeña señal utilizan como

elemento principal el transistor BJT el cual presenta múltiples

parámetros tanto en el análisis en DC como en AC. Para casos

especiales en los que se requiera más potencia o una mayor ganancia

para obtener más señal entonces resulta apropiado utilizar los

mismos amplificadores pero con transistores FET’s cuyas ventajas

frente a los BJT son numeradas a igual que las desventajas. En el

presente trabajo se enlistará las diferentes polarizaciones de análisis

con JFET y MOSFET con sus respectivas aplicaciones. Lo anterior

consta como una primera parte del trabajo, después, el análisis

continúa con la segunda parte sobre los IGBT que si bien no está en

el contexto de los amplificadores para nada está aislado de los

transistores FET.

Abstract— Small signal amplifiers using as the main element BJT

transistor, which has multiple parameters analysis in both DC and

AC. For special cases where we need more power or a higher gain

for get a higher signal then use the same amplifiers required but

using FET’s whose advantages over BJT are numbered as

disadvantages. In this paper, the different polarizations of analysis

JFET and MOSFET with their applications are going listed. This

comprises a first part of the work, and then the analysis continues

with the second part of the IGBT that while it is not in the context of

the amplifiers for nothing is isolated from the FET transistors.

Keywords— Bipolar transistors, FET circuits, MOSFET circuits,

Polarizations.

I. INTRODUCCIÓN

n este artículo se refieren algunas de las polarizaciones más

importantes y comunes de los transistores JFET y MOSFET

para obtener amplificadores de potencia o de una señal mucho

mayor que los obtenidos en los BJT. La necesidad de utilizar

los transistores de efecto de campo (FET) se debe a los

inconvenientes que resultan de utilizar transistores de unión

bipolar (BJT) en los amplificadores, por ejemplo, los

amplificadores con BJT aparte de ser para pequeñas señales

presentaban inconvenientes como:

Baja impedancia de entrada (lo cual repercutía en

considerar la resistencia interna βre)

Trabajo sólo en bajas frecuencias (como resultado nos

limitábamos a señales de ingreso dadas por

generadores y no por transductores)

Velocidad de conmutación lenta (representaba un

pequeño desfase entre las señales de ingreso y salida)

Estos factores resultaron en cambiar el dispositivo

amplificador por uno que cubra en gran parte todas esas

desventajas y de hecho para eso se utilizan los FET, siempre

claro está que, según sea la aplicación se utilizarán los

diferentes amplificadores porque tanto BJT como FET cubren

las desventajas del otro. Por tanto, al igual que los

amplificadores ya estudiados con transistores bipolares

podemos utilizar las mismas configuraciones pero

considerando nuevos parámetros internos de análisis tanto en

DC como en AC.

Fig. 1 Analogía entre dispositivos BJT y JFET.

Ya en una segunda parte del artículo se explicará el

funcionamiento de un tipo especial de transistores denominados

IGBT considerados como la unión o fusión de los transistores

BJT con FET. Estos transistores especiales funcionan como

conmutadores de alta potencia pues las cargas que manejan

comprenden voltajes en el orden de los KV y corrientes muy

superiores a la unidad, siendo de gran aplicación en la

electrónica de potencia por su facilidad de control y gran

capacidad de manejo de altas potencias.

II. AMPLIFICADORES CON JFET’S

A. Transistores JFET

El JFET es un dispositivo de tres terminales con una

terminal capaz de controlar la corriente entre las otras dos. Sus

características importantes son:

Amplificadores con JFET, MOSFET; y

Transistores IGBT

Argudo, Andrés; Carpio, Geovanny; Marca, Cristian; Molina, Daniel; Samaniego, Juan

gargudog@\; gcarpios@\; cmarca@\;dmolinav1@\; jsamaniegop@\; \est.ups.edu.ec

Universidad Politécnica Salesiana - Ecuador

E


2

Controla la salida por medio del voltaje

Presentan diferentes regiones de polarización

Presentan una impedancia de entrada muy alta

Según la región de polarización en la que se encuentren

funcionan como:

o Resistencias controladas por tensión (Zona

lineal)

o Amplificadores de corriente o tensión (Zona

de saturación)

o Fuentes de corriente (𝑉𝐷𝑆 > 𝑉𝑝 𝑦 𝑉𝐺𝑠 = 0)

o Interruptores lógicos y de potencia (Zona de

corte)

Las ecuaciones más importantes que rigen su

funcionamiento son:

2

0

1

G

D S

GSD DSS

P

I

I I

VI I

V

Donde Vp y IDSS son el voltaje de estrangulamiento y la

corriente de saturación en el drenaje, respectivamente. En la fig.

1 se muestran los símbolos electrónicos del JFET tanto para

canal n (a) como para canal p (b).

Fig. 2 Esquema del JFET.

Para el análisis en DC no nos sumergiremos en las

consideraciones de nodos y mallas para obtener sus ecuaciones

ya que no son objetivo de este trabajo, sino de una manera más

práctica utilizaremos estas ecuaciones directamente para

analizarlas en AC.

Polarización Fija

Fig. 3 Configuración de polarización fija.

Sus ecuaciones más importantes son:

QGS GG

DS DD D S

V V

V V I R

Autopolarización

Fig. 4 Configuración de Autopolarización.


GS D S

DS DD D D S

V I R

V V I R R

Partidor de Tensión

Fig. 5 Configuración de Partidor de Tensión.


2

1 2

DDG

GS G D S

DS DD D D S

R VV

R R

V V I R

V V I R R

Configuración de Gate común


3

Fig. 6 Configuración de Gate común.


GS SS D S

DS DD SS D D S

V V I R

V V V I R R

Caso especial VGS = 0

Fig. 7 Caso especial VGS = 0.


0

Q

DS DD D D

D DS

S

D DSS

V V I R

V V

V V

I I

B. Amplificadores de pequeña señal con JFET’s

Ya para los amplificadores JFET lo importante es que van a

ser controlados por voltaje, además, su impedancia de entrada

debe ser alta lo que elimina la resistencia interna de ingreso por

lo que proporcionan una ganancia muy buena de voltaje. Estos

amplificadores son considerados de bajo consumo de potencia.

El análisis en AC requiere un modelo de JFET para obtener el

circuito equivalente al cortocircuitar las fuentes de DC, en la

fig. 8 se muestra el modelo del JFET para análisis en AC.

Fig. 8 Circuito equivalente del JFET en AC.

Es importante notar que el VGS controla la corriente del

drenaje. Ahora, aparecen nuevos parámetros del circuito

equivalente que se definen a continuación:

o gm es el cambio de la corriente del drenaje que resulta

de un cambio en el VGS, a este parámetro se lo conoce

como el factor de transconductancia. Este factor se

puede determinar por dos métodos:

Método de Transferencia: donde gm es la

pendiente de la recta tangente en el punto

Q(VGS, ID).

Método matemático: Se puede derivar la

ecuación de Schottky para obtener: 2

1

21

| |

dId d VGSgm IDSS

dVGS dVGS Vp

IDSS VGSgm

Vp Vp

o rd es la magnitud de la impedancia de salida de los

JFET y se encuentra en la hoja de especificación como

el inverso del Yϴs [medida en Siemens]. También

corresponde a la pendiente de la recta tangente del

punto Q(VDS, ID).

o Zi es la impedancia de entrada. Todos los JFET

comerciales suponen una alta impedancia de entrada

por lo que se aproximan a un circuito abierto.

Con los parámetros predefinidos anteriormente podemos

empezar el análisis en AC para las diferentes polarizaciones:

Polarización Fija (Source Común)

En la fig. 9 se muestra la polarización fija a source común

considerada con carga y su modelo equivalente AC:

(a)

(b) Fig. 9 Polarización fija: (a) Esquema, (b) Modelo AC.

A continuación se presentan una serie de pasos donde se

deduce los diferentes parámetros en AC como impedancias,


4

voltajes, pero finalmente llegamos a las ganancias de voltaje

con carga, sin carga, y de la señal.

Polarización Source Seguidor (Drain común)

El circuito de esta polarización se muestra en la fig. 10:

(a)

(b) Fig. 10 Polarización Drain común: (a) Esquema electrónico, (b)

Modelo equivalente en AC.

El análisis en AC considera los parámetros ya estudiados,

es decir, gm, rd, y su modelo equivalente. La fig. 10(b) mostró

el equivalente de esta polarización en AC a partir del cual

deducimos sus ecuaciones. Así en el nodo S tenemos:

𝐼𝑜 + 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠 = ird + iRs

Por ley de Ohm,

𝐼𝑜 + 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠 =𝑉𝑜

𝑟𝑑+

𝑉𝑜

𝑅𝑠

Dado que VGS y Vi son iguales, por tanto,

𝐼𝑜 = 𝑉𝑜 (1

𝑟𝑑+

1

𝑅𝑠− 𝑔𝑚)

Así, la impedancia de salida es,

𝑍𝑜 =𝑉𝑜

𝐼𝑜=

𝑉𝑜

𝑉𝑜 (1

𝑟𝑑+

1𝑅𝑠

− 𝑔𝑚)

𝑍𝑜 = 𝑟𝑑‖𝑅𝑠‖1

𝑔𝑚

Una vez que se obtiene las impedancias se obtiene la

ganancia, pero, se define primero el voltaje de salida:

𝑉𝑜 = 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠(𝑟𝑑‖𝑅𝑠)

𝑉𝑜 = 𝑔𝑚(𝑉𝑖 − 𝑉𝑜)(𝑟𝑑‖𝑅𝑠)

𝑉𝑜 + 𝑔𝑚𝑉𝑜(𝑟𝑑‖𝑅𝑠) = 𝑔𝑚𝑉𝑖(𝑟𝑑‖𝑅𝑠)

Así, la ganancia con carga está definida por:

𝐴𝑣 =𝑉𝑜

𝑉𝑖=

𝑔𝑚(𝑟𝑑‖𝑅𝑠)

1 + 𝑎𝑚(𝑟𝑑‖𝑅𝑠)

Polarización Gate Común

La fig. 11 muestra el esquema electrónico y equivalente AC

de este tipo de polarización:

(a)

(b) Fig. 11 Polarización Gate Común: (a) Esquema electrónico, (b)

Modelo equivalente AC.

Con Vi=0 se anula el efecto de Rs por lo que claramente la

impedancia de salida está definida por:

𝑍𝑜 = 𝑅𝐷‖𝑟𝑑

||

( || )

:

( || )

( || )

( || || )

( || || )

Avs ( || || )

||

gs

gs

Zi RG

Zo rd RD

Vo gmV rd RD

V Vi

Entonces

Vo gmVi rd RD

VoAv gm rd RD

Vi

Vo gmVi rd RD RL

VoAvL gm rd RD RL

Vi

Vo Vi Vo RGgm rd RD RL

Vi Vs Vi RG Rsig

RG Rsig

RD RL rd

Avs

( || )gm RD RL


5

Para determinar la impedancia de entrada es necesario

primero definir la parte correspondiente al ingreso

considerando la resistencia interna del drenaje (véase la fig. 12),

Fig. 12 Equivalente del circuito de entrada considerando rd.

Por tanto,

𝑍′ =𝑉′

𝐼′ 𝑎𝑑𝑒𝑚á𝑠 𝑉𝐺𝑆 = −𝑉𝑖 = −𝑉′

Por LCK en el nodo a,

𝐼′ + 𝑔𝑚𝑉𝐺𝑆 = 𝐼𝑟𝑑

𝐼′ = 𝐼𝑟𝑑 − 𝑔𝑚𝑉𝐺𝑆

𝐼′ =𝑉′ − 𝐼′𝑅𝐷

𝑟𝑑− 𝑔𝑚𝑉𝐺𝑆

𝐼′ =𝑉′

𝑟𝑑−

𝐼′𝑅𝐷

𝑟𝑑− 𝑔𝑚𝑉′

𝐼′ (1 +𝑅𝐷

𝑟𝑑) = 𝑉′ (

1

𝑟𝑑− 𝑔𝑚)

Finalmente,

𝑍𝑖′ =𝑅𝐷 + 𝑟𝑑

(1 − 𝑔𝑚𝑟𝑑)

Pero la Zi representa el paralelo entre Rs y Zi’,

𝑍𝑖 = 𝑅𝑠‖𝑍𝑖′

Del análisis LTK en la malla del FET tenemos:

𝐼𝑅𝐷 + 𝑔𝑚𝑉𝐺𝑆 + 𝐼𝐷 = 0

𝐼𝐷 = − (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖

𝑟𝑑) 𝑅𝐷 + 𝑔𝑚𝑉𝑖

𝑉𝑜 (1 +𝑅𝐷

𝑟𝑑) = 𝑉𝑖 (

𝑅𝐷

𝑟𝑑+ 𝑔𝑚𝑅𝐷)

Finalmente,

𝐴𝑣 =𝑉𝑜

𝑉𝑖=

𝑅𝐷𝑟𝑑

+ 𝑔𝑚𝑅𝐷

1 +𝑅𝐷𝑟𝑑

Este es el análisis general de las polarizaciones, varias

fórmulas difieren de la forma de conexión y la simplificación

del circuito al considerar que rd es muy grande por lo que se

representa como un abierto.

C. Respuesta en frecuencia de los amplificadores FET’s

Al igual que con los BJT se tienen tres capacitores

elementales que cumplen funciones tanto en AC como en DC,

se tiene el capacitor de la fuente de la señal (CG), el capacitor

de la carga (Cc) y el capacitor de puenteo que es opcional para

mejorar la amplificación (Cs). Los capacitores entran a

funcionar en AC cuando se llegue a la frecuencia de corte por

lo que se tienen las siguientes fórmulas:

𝑓𝐿𝐺 =1

2𝜋(𝑍𝑖 + 𝑅𝑠𝑖𝑔)𝐶𝑔

𝑓𝐿𝐶 =1

2𝜋(𝑍𝑜 + 𝑅𝐿)𝐶𝑐

𝑓𝐿𝑆 =1

2𝜋(𝑅𝑒𝑞)𝐶𝑠

Donde, respectivamente, los valores de las resistencias están

dados por,

𝑅𝑒𝑞 = 𝑅𝑠 ‖1

𝑔𝑚

Tomar en cuenta para el diseño que el condensador de

entrada o de la señal es más bajo que el resto de condensadores.

Cuando se realiza el análisis en frecuencia los amplificadores

FET’s tienen la característica de trabajar a diferentes

frecuencias es decir intervalos desde bajas frecuencias hasta

altas frecuencias; considerar lo siguiente:

Los capacitores determinan el ancho de banda del

sistema (diagrama de Bode).

Los capacitores más grandes determinan la

frecuencia de corte inferior (son los capacitores del

circuito)

Los capacitores que se crean en las junturas son los

relativamente más pequeños y dan las frecuencias

de corte superiores.

En la frecuencia de corte la ganancia es 0,707 del

valor de banda media.

El análisis de las polarizaciones quedará flotante hasta este

punto, por tanto es necesario ayudarnos de un ejemplo de diseño

y cálculo para cubrir los valles de confusiones.

D. Ejemplo de análisis para Polarización Fija

Considérese el circuito de la fig. 13:

Fig. 13 Circuito para ejemplo de análisis.

El FET Q1 utilizado presenta una corriente de saturación de

8 mA y un voltaje de estrangulamiento de -6V. A pesar de la


6

predefinición de los valores de los capacitores éstos son

exclusivamente referentes pues se los calculará posteriormente.

El análisis DC determina el punto Q de polarización por lo que:

𝑉𝐺𝑆 = −𝐼𝐷𝑅𝑠

𝐼𝐷 = 8𝑚𝐴 (1 −−𝐼𝐷 ∗ 1𝑘Ω

−6𝑉)

2

Resultando en,

𝐼𝐷𝑄 = 2.588𝑚𝐴 𝑉𝐺𝑆 = −2.588𝑉

Para el análisis de AC primero calculamos el factor de

transconductancia,

𝑔𝑚 =2(8𝑚𝐴)

6(1 −

−2.588

−6)

𝑔𝑚 = 1.51𝑚𝑆

Inmediatamente, calculamos la resistencia interna de

drenaje considerando una admitancia de source común de 20

micro-mhos,

𝑟𝑑 =1

𝑦𝑜𝑠=

1

20𝜇𝑆= 50𝑘Ω

Basándose en el modelo de AC, consideramos:

𝑍𝑖 = 𝑅𝐺 = 1𝑀Ω

Calculando la impedancia de salida,

𝑍𝑜 = 𝑟𝑑‖𝑅𝐷‖𝑅𝐿, rd >> 10RD

𝑍𝑜 = 𝑅𝐷‖𝑅𝐿

𝑍𝑜 = 767.44Ω

La ganancia está dada por,

𝐴𝑣 =−𝑔𝑚𝑅𝐷

1 + 𝑔𝑚𝑅𝑠

𝐴𝑣 = −1.98

Finalmente, para el análisis en frecuencia se determinarán

los condensadores para que el circuito trabaje en la frecuencia

de corte y proceda a la amplificación de la señal. Considérese a

frecuencia de corte de 1KHz entonces,

𝐶𝑖 =1

2𝜋(1𝑘𝐻𝑧)(1𝑀Ω + 50)

𝐶𝑖 = 159.14 𝑝𝐹

El condensador de la carga es,

𝐶𝑐 =1

2𝜋(1𝑘𝐻𝑧)(767.44 + 1𝐾)

𝐶𝑜 = 90.05𝑛𝐹

Y el condensador de puente es,

𝑅𝑒𝑞 = 1𝐾 ‖1

1.51𝑚𝑆

𝑅𝑒𝑞 = 398.406Ω

𝐶𝑠 =1

2𝜋(1𝑘𝐻𝑧)(398.406)

𝐶𝑜 = 399.47𝑛𝐹

Volviendo a rediseñar el circuito de la fig. 13 obtenemos el

de la fig. 14(a), las simulaciones de señal están dadas por la fig.

14(b), las mediciones del punto Q en DC están en la fig. 14(c)

y finalmente los diagramas de Bode en la fig. 14(d).

(a)

(b)

(c)

(d) Fig. 14 Ejemplo de Polarización Fija: (a) Esquema rediseñado, (b)

Simulación de ondas, (c) Mediciones del punto Q, (d) Bodes.


7

III. AMPLIFICADORES CON MOSFET

A. Amplificadores con MOSFET empobrecimiento

Al igual que el JFET estos dispositivos tienen la misma

transconductancia con la diferencia que en los de canal n el

VGSQ puede ser positivo lo que resulta en un valor de gm mayor

a gm0.

𝑔𝑚 = 𝑔𝑚0 (1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑝)

𝑔𝑚0 =2𝐼𝐷𝑆𝑆

|𝑉𝑝|

Así, su circuito equivalente es el mismo que el del transistor

JFET por lo que el análisis AC o DC es muy similar. A

continuación se detallará las similitudes con un ejemplo de

aplicación.

Ejemplo de polarización con partidor de tensión

En la fig. 15 se tiene el esquema de circuito y su modelo

equivalente en AC. Por tanto las deducciones de las ecuaciones

características son:

𝑍𝑖 = 𝑅1||𝑅2

𝑍𝑜 = 𝑟𝑑||𝑅𝐷

𝑉𝑜 = −𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠(𝑟𝑑||𝑅𝐷)

𝑉𝑔𝑠 = 𝑉𝑖

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚(𝑟𝑑||𝑅𝐷)

(a)

(b) Fig. 15 Partidor de tensión con MOSFET: (a) Esquema electrónico,

(b) Equivalente AC.

B. Amplificadores con MOSFET enriquecimiento

En este tipo de dispositivo la ecuación de Shockley ya no es

aplicable dada que su curva de transferencia universal es

opuesta a la del MOSFET empobrecimiento. Ahora la ecuación

que gobierna este tipo de transistor es la ecuación del tríodo:

𝐼𝐷 = 𝑘(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝐺𝑆(𝑇𝐻))2

𝑘 =𝐼𝐷(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜)

(𝑉𝐺𝑆(𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜) − 𝑉𝑇)2

Con la misma consideración para el factor de

transconductancia tenemos,

𝑔𝑚 = 2𝑘(𝑉𝐺𝑆𝑄 − 𝑉𝐺𝑆(𝑇𝐻))

Por tanto el análisis de las polarizaciones sigue siendo el

mismo pero las ecuaciones variarán en tanto con la ecuación

obtenida.

Configuración de realimentación de Drain

(a)

(b) Fig. 16 Realimentación de Drain: (a) Esquema electrónico, (b)

modelo equivalente AC.

El análisis para Zi es como sigue,

𝐼𝑖 = 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠 +𝑉𝑜

𝑟𝑑||𝑅𝐷

𝑉𝑔𝑠 = 𝑉𝑖 𝑉𝑜 = (𝑟𝑑||𝑅𝐷)(𝐼𝑖 − 𝑔𝑚𝑉𝑖)

𝐼𝑖 =𝑉𝑖 − 𝑉𝑜

𝑅𝐹=

𝑉𝑖 − (𝑟𝑑||𝑅𝐷)(𝐼𝑖 − 𝑔𝑚𝑉𝑖)

𝑅𝐹

𝑉𝑖[1 + 𝑔𝑚(𝑟𝑑||𝑅𝐷)] = 𝐼𝑖[𝑅𝐹 + 𝑟𝑑||𝑅𝐷]

𝑍𝑖 =𝑉𝑖

𝐼𝑖=

𝑅𝐹 + 𝑟𝑑||𝑅𝐷

1 + 𝑔𝑚(𝑟𝑑||𝑅𝐷)

Para el análisis de Zo utilizamos el equivalente con Vi=0 y

gmVgs=0 por lo que,


8

𝑍𝑜 = 𝑅𝐹||𝑟𝑑||𝑅𝐷

Para determinar la ganancia de voltaje, considérese la LCK

en el nodo D,

𝐼𝑖 = 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠 +𝑉𝑜

𝑟𝑑||𝑅𝐷

𝑉𝑖 − 𝑉𝑜

𝑅𝐹= 𝑔𝑚𝑉𝑖 +

𝑉𝑜

𝑟𝑑||𝑅𝐷

𝑉𝑜 [1

𝑟𝑑||𝑅𝐷+

1

𝑅𝐹] = 𝑉𝑖[

1

𝑅𝐹− 𝑔𝑚]

𝐴𝑣 =𝑉𝑜

𝑉𝑖=

[1

𝑅𝐹− 𝑔𝑚]

[1

𝑟𝑑||𝑅𝐷+

1𝑅𝐹

]

Partidor de Tensión

(a)

(b) Fig. 17 Partidor de Tensión: (a) Esquema electrónico, (b) modelo

equivalente AC.

El análisis para Zi es como sigue,

𝑍𝑖 = 𝑅1||𝑅2

Para el análisis de Zo utilizamos el equivalente con Vi=0 y

gmVgs=0 por lo que,

𝑍𝑜 = 𝑟𝑑||𝑅𝐷

Para determinar la ganancia de voltaje, que Vgs=Vi,

𝑉𝑔𝑠 = 𝑉𝑖

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚(𝑟𝑑||𝑅𝐷)

Ejemplo de análisis para realimentación de drain

Considérese el circuito de la fig. 18, se pide determinar Zi,

Zo, y Av.

Fig. 18 Ejemplo de realimentación de Drain.

Los datos de fábrica y datos de polarización CD del

transistor MOSFET son:

ID(encendido)=6mA

VGS(encendido)=8V

𝑉𝐺𝑆𝑄𝑇𝐻=3V

Yos=20µS

k=0.24 ∗ 103 [𝐴

𝑣2]

𝑉𝐺𝑆𝑄=6.4V

𝐼𝐷𝑄=2.75mA

Los cálculos correspondientes son como siguen;

𝑔𝑚 = 2(0.24 ∗ 103)(6.4 − 3)

𝑔𝑚 = 1.63𝑚𝑆

𝑟𝑑 =1

𝑌𝑜𝑠=

1

20𝜇= 50𝑘Ω

𝑍𝑖 =𝑅𝐹 + 𝑟𝑑||𝑅𝐷

1 + 𝑔𝑚(𝑟𝑑||𝑅𝐷)=

10𝑀 + (1

50𝑘+

12𝑘

)−1

1 + (1.63𝑚) (1

50𝑘+

12𝑘

)−1

𝑍𝑖 = 2.42𝑀Ω

𝑍𝑜 = 𝑅𝐹||𝑟𝑑||𝑅𝐷

𝑍𝑜 = (1

10𝑀+

1

50𝑘+

1

2𝑘)

−1

𝑍𝑜 = 1.92𝑘Ω

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚(𝑅𝐹||𝑟𝑑||𝑅𝐷)

𝐴𝑣 = −(1.63𝑚) (1

10𝑀+

1

50𝑘+

1

2𝑘)

−1

𝐴𝑣 = −3.21

C. Amplificadores en Cascada

La única consideración especial para estos amplificadores

es que al igual que los BJT la ganancia total es el producto de

R1

2kΩ

C1

10nF

R2

10MΩ

V1

12V

C2

10µFQ1

2N7000G


9

cada etapa incluidos los efectos de carga de la siguiente etapa.

Por tanto,

𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 ∗ 𝐴𝑣2 = (−𝑔𝑚1𝑅𝐷1)(−𝑔𝑚𝑅𝐷2)= 𝑔𝑚1 ∗ 𝑔𝑚2 ∗ 𝑅𝐷1 ∗ 𝑅𝐷2

Fig. 19 Ejemplo de amplificadores en cascada.

IV. TRANSISTORES IGBT

El IGBT es un dispositivo que tiene las características de

conducción de salida de un BJT per es controlado por un voltaje

como un MOSFET. Este dispositivo es la fusión de un transistor

BJT con un MOSFET lo que resulta en la capacidad de manejar

grandes potencias, constituyendo una excelente opción para

aplicaciones de conmutación de altos voltajes y corrientes.

Fig. 20 Transistor IGBT (símbolo).

Una curva característica que diferencia las aplicaciones de

los IGBT con los MOSFET es como la que se muestra en la fig.

21 donde se hace especial énfasis en la alta capacidad para

manejar voltajes a altas frecuencias.

Fig. 21 Curva característica de IGBT vs MOSFET.

Las ventajas de estos dispositivos aparte de las ya

mencionadas son:

Alta resistencia de entrada (MOSFET)

Bajo voltaje de saturación (BJT)

Velocidad de conmutación media

(MOSFET+BJT)

Las consideraciones especiales acerca de este dispositivo es

no sobrepasar los voltajes o corrientes límites ya que se activan

elementos parásitos que son un transistor parásito y una

resistencia parasita pero con el primero ocurre que puede

ocurrir la conducción a pesar de sobrepasar los límites

resultando en un paso no deseado de corriente muy elevada lo

que puede ocasionar graves daños en el circuito.

Fig. 22 Presencia de elementos parásitos en el IGBT.

V. CONCLUSIONES

La amplificación de señales es un tema de alto interés por

sobre todo al momento de considerar las aplicaciones de las

mismas, se tiene una elección entre transistores BJT, JFET,

MOSFET, cada uno cubre las desventajas presentadas por los

otros dispositivos pero de igual manera presentan desventajas

así que queda a la elección del diseñador el uso de un transistor

adecuado.

El análisis de los amplificadores con FET es muy similar

al de los BJT, pero aparecen nuevos parámetros que

dependen de la curva de transferencia universal del FET.

En los FET la única polarización que posee cambio de

fase es la de source común.

Entre MOSFET y FET la diferencia en cálculos es la de

determinar la transconductancia.

Debido a la alta impedancia entre el terminal G y S la

impedancia de entrada equivale a un circuito abierto.

La carga y la señal siempre reducirán la ganancia por

debajo de la ganancia sin carga.

En AC los MOSFET de tipo enriquecimiento hay que

tener en cuenta que la entrada no se conecta con el source

en el circuito.

Primordialmente cuando se va realizar un amplificador

con FET’S hay que determinar de qué tipo es ya que en

uno de ellos el parámetro de control de la fuente de

corriente varia debido a que su comportamiento a nivel

semiconductor lo hace.

Cuando se analiza el comportamiento AC de un mosfet

de tipo enriquecimiento hay que tener en cuenta que la

entrada no se conecta con el source en el circuito

equivalente debido a la alta impedancia de entrada del

circuito, lo que en algunos casos nos presentara otras


10

condiciones diferentes a las de un JFET o MOSFET de

tipo empobrecimiento.

Los transistores IGBT son adecuados cuando se manejan

altos voltajes y altas corrientes a cualquier frecuencia.

Los IGBT son la combinación de un MOSFET (para el

control por voltaje) y un BJT (para el manejo de la

corriente).

REFERENCIAS

[1] Boylestad Robert, “Teoría de dispositivos electrónicos”.

Editorial: Pearson. Edición: 10.

[2] Floyd, “Dispositivos Electrónicos”. Editorial: Pearson. Edición:

10.

[3] Transistor IGBT. (On-line). Available on:

http://www.ecured.cu/index.php/Transistor_IGBT (Recuperado

en: nov, 05 de 2015)

Informe Fet Mosfet Igbt(1)

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