Modelo de pequeña señal del FET

Modelo de pequeña señal del FET

   El analisis en ac de una configuracion fet requiere que se desarrolle un modelo de pequeña señal. Un componente muy importante del modelo hara evidente que un voltaje de ac aplicado a las terminales de entrada de la puerta a la fuente controla el nivel de corriente del drenaje a la fuente.
 Un voltaje en dc de la compuerta a la fuente controla el nivel de la corriente drenaje mediante una relacion conocida como la ecuacion de shockley ID=IDSS(1-VGS/VP)2. el cambio en la corriente del colector que se obtendra de un cambio en el voltaje de la compuerta a la fuente se puede determinar utilizando el factor de transconductancia gm de la siguiente manera:

   El prefijo trans que se aplica a gm en la tertminologia indica que se establece una relacion entre las cantidades de salida y entrada. se selecciono la palabra raiz conductancia debido a que gm se determina por la relacion del voltaje a la corriente similar a la relacion que define la conductancia de un resistor G=1/R=I/V

ecuacion 9.2

Determinacion grafica de gm
   Si ahora se examinan las caracteristicas de transferencia de la figura 9.1 se encuentra que gm es en realidad la pendiente de las caracteristicas en el punto de operacion.

  Esto es, al seguir la curvatura de las caracteristicas de transferencia, resulta bastante claro que la pendiente, y por lo tanto gm se incrementa cuando se pasa desde VP a IDSS o dicho en otras palabras cuando VGS se acerca a 0V, se incrementa la magnitud de gm.


La ecuacion 9.2 indica que gm puede determinarse en cualquier punto Q sobre las caracteristicas de tranferencia con solo seleccionar un incremento finito en VGS(O en ID) cercano al punto Q y luego encontrar el cambio correspondiente en ID(OVG respectivamente). Los cambios que se obtienen en cada cantidad se sustitutyen despues de la ecuacion 9.2 para calcular gm.

Impedancia de entrada Zi del FET
   La impedancia de entrada de todos los fet disponibles en el mercado es lo suficientemente grande para suponer que las terminales de entrada son similares a un circuito abierto. en forma de ecuacion:

   Asi como para un JFET un valor practico de 10^9 ohm(1000Mohm) es un valor caracteristico.

Impedancia de salida Zo del FET
   La impedancia de salida de los FET es similar en magnitud a la de los BJT convencionales. En las hojas de especificaciones de los FET la impedancia de salida aparece normalmente como Yos con las unidades de us. El parametro Yos es un componente de un circuito equivalente de admitancia y el subindice o significa un parametro de salida de la red y s la terminal de la fuente a la cual esta asignada en el modelo. En forma de ecuacion:

   Con base en la figura 9.6 puede definirse la impedancia de salida como la pendiente de la curva horizontal caracteristica en el punto de operacion. mientras mas horizontal sea la curva mayor sera la impedancia de salida. cuando la curva es perfectamente horizontal, se tendra la situacion ideal pues sera la impedancia de salida infinita esta es una aproximacion
que se utiliza. en forma de ecuacion:

ecuacion 9.12

   Observe que al aplicar la ecuacion 9.2 el voltaje VGS permanece constante cuando se calcula rd. Esto se logra dibujando una linea recta aproximada a la linea VGS en el punto de operacion. Luego se selecciona un AVDS o AID y se mide la otra cantidad para utilizarse en la ecuacion.

Circuito Equivalente en ac del FET
   Una vez presentados y discutidos los parametro importantes de un circuito equivalente ac, puede construirse un modelo para el transistor FET en el dominio de ac. El control de Id mediante Vgs se encuentra incluido con una fuente de corriente gmVgs conectado desde el drenaje a la fuente como se muestra en la figura 9.8. La fuente de corriente tiene su flecha apuntando del drenaje hacia la fuente para establecer un cambio de fase de 180° entre los voltajes de salida y de entrada como sucedera con la operacion real.


   La impedancia de entrada esta representada por el circuito abierto en las terminales de entrada y la impedancia de salida por medio del resistor rd desde el drenaje hacia la fuente.
Observese que el voltaje fuente se representa ahora mediante Vgs (subindices en minuscula) para distinguirlo de los niveles dc. Ademas la corriente es comun tanto para los circuitos de entrada como de salida, mientras que las terminales de compuerta y el drenaje solo estan en "contacto" mediante la fuente de corriente controlada gmVgs.
En las situaciones donde se ignora rd (se supone que es lo suficientemente grande respecto a los otros elementos de la red como para aproximarla por medio de un circuito abierto) el circuito equivalente es una fuente de corriente cuya magnitud se controla por medio de la señal Vgs y el parametro gm, el cual claramente representa un dispositivo controlado por voltaje.

Fuente: "Electrónica, Teoria de Circuitos" Robert Boylestad, 6º Edicion.
Asignatura: EES
Nombre: María José Nieto Cárdenas

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