Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Ingeniería Electromecánica
Circuitos Electrónicos - Laboratorio
Luzmila Lan
LABORATORIO N°4: AMPLIFICADOR MULTIETAPA

Nombre: Moisés Chong

Cédula: 3-733-1298
e-mail: moiseschong2203@gmail.com

Nombre: Carlos Muñoz

Cédula: 8-887-1165
e-mail: charles1094@hotmail.com

Nombre: Ricardo Moreno

Cédula: 8-886-1977
e-mail: ricardothedream28@hotmail.com

Nombre: Marcel Palacios

Cédula: 8-874-2037
e-mail: marcelpalacios8@gmail.com

Nombre: Luis Acosta

Cédula: 8-903-866
e-mail: alexluis_1996@hotmail.com

Resumen. Los objetivos de esta experiencia de laboratorio son determinar las características eléctricas de
un MOSFET de enriquecimiento canal N en drenaje común y compuerta común. Para lograr estos objetivos
nos ayudamos con los circuitos propuestos en la guía del amplificador de drenaje común y compuerta común
con MOSFET. Para el caso de drenaje común, obtuvimos los valores de V TN y k del NMOS, se hizo una serie
de cálculos para el diseño y la obtención de valores adecuados para R 1, R2, RS y RD para el punto de
operación y luego se eligieron los valores comerciales más cercanos a los de las resistencias diseñadas para
finalmente armar el circuito propuesto para obtener los valores del punto de operación del circuito por
medición. Para el caso de compuerta común, los datos de componentes ya estaban dado por lo tanto fue
cuestión los puntos de operación con lo dado. A ambos circuitos se les hicieron análisis de ganancia de
voltaje y corriente y cálculo de impedancias de entrada y salida. Posteriormente se simularon los circuitos en
Multisim para comparar resultados experimentales con teóricos/simulados.
Descriptores. Amplificador drenaje común, Amplificador compuerta común, MOSFET de enriquecimiento
canal N, circuito de polarización, punto de operación, ganancia de voltaje, ganancia de corriente,
impedancias de entrada y salida.
1. Introducción
El amplificador de drenaje común (el drenaje es común a la entrada y a la salida) es una de las 3
configuraciones de amplificación con transistores MOSFET y es típicamente usado como un amortiguador de
voltaje. En este, la compuerta sirve como entrada, la fuente como salida, y el drenaje es común, de aquí su
nombre. Usualmente se le conoce como estabilizador. También es utilizado para transformar impedancias. El
amplificador de compuerta común (la compuerta es común a la entrada y a la salida) es otra de las
configuraciones del MOSFET y es usado típicamente como estabilizador de corriente o amplificador de
voltaje. En este, la terminal de la fuente sirve como entrada, el drenaje como salida y la compuerta es común a
ambas, de aquí su nombre. No es tan usado como las primeras 2 configuraciones. El transistor de efecto de
campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET (en inglés Metal-oxide-semiconductor Field-effect transistor)
es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Los MOSFET de enriquecimiento
los cuales se basan en la creación de un canal entre el drenaje y la fuente, al aplicar una tensión en la puerta.
La tensión de la puerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de manera que se forma una región de
inversión, es decir, una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente. El término
enriquecimiento hace referencia al incremento de la conductividad eléctrica debido a un aumento de la
cantidad de portadores de carga en la región correspondiente al canal. El canal puede formarse con un
incremento en la concentración de electrones (en un nMOSFET o NMOS), o huecos (en un pMOSFET o
PMOS). De este modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y tiene un canal de tipo n,
mientras que un transistor PMOS se construye con un sustrato tipo n y tiene un canal de tipo p.
2. Procedimiento
Materiales
Los materiales utilizados para realizar esta experiencia se presentan en el siguiente listado:
 Multímetro Digital
 Fuente de voltaje variable DC
 Osciloscopio de dos canales
 Generador de señales
 Resistores 1/2W
 Condensadores no electrolíticos.
 1 MOSFET 2N7000 ó Equivalente

Métodos
Parte I – Amplificador drenaje común
Utilizando las especificaciones del 2N7000, se determinaron los parámetros kn y Vt. Se seleccionó o escogió
un punto de operación apropiado (Vdsq, Vgsq e Idq ).
La fuente DC que se usó fue una fuente dual de 10 volt.
Se diseñó R1, R2 y Rs del circuito de polarización. Se seleccionaron los resistores comerciales requeridos.
Se recalculó el punto de operación y se comparó con el punto de operación seleccionado.
La carga RL debió ser igual a Rs.
Se trazó la curva de saturación.
Se estimó de la gráfica la señal de Vo e id sin distorsión.
Se estimó la ganancia Vo/Vi, Ri y Ro.
Se estimó la señal de entrada máxima que se puede aplicar sin distorsión al circuito diseñado.
Se armó el circuito de la figura 1 con las componentes seleccionadas.

Se midió en el punto de operación (VDS, VGS e ID).

Se midió la ganancia de voltaje Vo/Vi a la frecuencia de la señal f= 10 Khz.
Se ajustó el valor de vi hasta cuando se presente distorsión en Vo. Se midió este valor de Vi.
Se midió Ri y Ro.
Se utilizó Multisim y se presentó una simulación completa del circuito.
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Parte II – Amplificador compuerta común

Se calculó el punto de operación del amplificador indicado en la figura No 2.
Se calculó Vo/Vi, Io/Ii, Ri y Ro.
Se armó el circuito de la figura No 2.
Se midió VDS, ID y VGS.
Se midieron los parámetros del amplificador.
Vi C1 C2
1uF 1uF
+V
R1
1k R5
R4 R3 4k
680 1k

R2
C3 270
1uF V1
+V10V

3. Resultados

Utilizando las especificaciones del 2N7000, determine los parámetros kn y Vt . Seleccione o escoja un
punto de operación apropiado ( Vdsq, Vgsq e Idq ).

A continuación se muestran las figuras 1 y 2 que muestran la curva característica Id-Vds y la función de
transferencia, respectivamente, del 2N700.

Figura 1. Curva Característica Figura 2. Función de Transferencia

A 25°C, se observa en la figura 2 que: Vt = 2,5 V

Para encontrar K, se utilizaran los puntos de la figura 1: Vgs = 3V, Id = 0.05 A, entonces K se calcula
mediante la siguiente fórmula:

Id 50 mA
k= = =200 m A /V 2
(Vgs−Vt ) (3 V −2.5V )2
2

K =200 m A /V 2
Parte I. Amplificador en drenaje común.

Diseñe R1, R2 y Rs del circuito de polarización. Seleccione los resistores comerciales requeridos.
Se escogerá: Vdd=20V , R1=100k , R2=330k, Rs = 0.270k, se determinará Vgs, Id y Vds

Entonces, por divisor de voltaje:

R2 330
Vg= Vdd= ∗20 V =15.35 V
R 1+ R 2 330+100
Malla de entrada:

Vgs=Vg−Vs=15.35−0.27∗Id (1)

Id=k (Vgs−Vt )2=200(Vgs−2.5)2 (2)

Resolviendo (1) y (2):

Vgs = 2.98V ; Id = 45.82 mA

Malla de salida: Vds = Vdd – Rs*Id = 20 – 0.27*45.82 = 7.63 V

Vds = 7.63V

Punto de Operación: Q : Vgs = 2.98V ; Id = 45.82 mA ; Vds = 7.63V

Con los valores calculados anteriormente para las resistencias, y en base a la tabla 1 de resistencias
comerciales, los valores de las resistencias del circito son las siguientes:

R1=100k , R2=330k, Rs = 0.270k

Tabla 1. Valores comerciales de resistencias.

Circuito de drenaje común, sin carga RL

El circuito, junto con los valores escogidos de resistencias y fuente DC, se simuló como se muestra en la
figura 3. Se observa que: Vgs = 2.96V; Id = 45.9 mA ; Vds = 7.61V; estos valores son casi los mismos que
los calculados teóricamente para el punto de operación.
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Figura 1. Amplificador en Drenaje Común en DC simulado

Circuito de drenaje común en A.C, sin carga RL

Se procedió a simular el circuito que se muestra en la figura 2, en el cual la entrada del circuito es Vi =
100mV (proporcionado por un generador de funciones). Con el osciloscopio se procedió a medir Vi: amarillo
y Vo: azul, como se muestra en la figura 3. En este caso no hay carga, o sea, RL = ∞. Según la figura 3, Vo
(96.2mV) es ligeramente menor que Vi (100mV), lo cual ocurre en un amplificador en drenaje común, ya que
la ganancia de voltaje Av siempre será menor que la unidad. Con estos datos, se tiene que:

Vo 96.2 mV
Av , sin carga= = =0.962
Vi 100 mV
 Figura 2. Amplificador en drenaje común A.C. (sin carga RL)

Figura 3. Mediciones de Vi y Vo en el osciloscopio

Cálculo de la ganancia (teórico), sin carga

Calculando gm:

mA
gm=2 k ( Vgs−Vt )=2∗200 ( 2.98 V −2.5V )=192 mA /V
V2
Se asume que Ro: resistencia drenaje-fuente en A.C. es ∞, por lo que la ganancia sin carga para un
amplificador en drenaje común es:
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gmRs 192∗0.27
Av , sin carga= = =0.981
1+ gmRs 1+192∗0.27
Esta ganancia es aproximadamente igual a la obtenida simulada, de 0.962

Estimación del voltaje máximo de entrada sin distorsión

El voltaje máximo de entrada sin distorsión, está dado por:

Vds+Vgs +Vt 7.63+2.98+2.5

Vi , max= = =6.6 V
1+ Av 1+0.981

En la figura 4 se observa que al aplicar un voltaje Vi mayor de 6.6V (en este caso 8V), se observa distorsión
en la onda de salida (se observa el fenómeno en las crestas de la onda azul).

Figura 4. Distorsón de la señal de salida Vo (azul).

Circuito de drenaje común en A.C, con carga RL

Se procedió a simular el circuito que se muestra en la figura 5, en el cual la entrada del circuito es Vi =
100mV (proporcionado por un generador de funciones). Con el osciloscopio se procedió a medir Vi: amarillo
y Vo: azul, como se muestra en la figura 6. Según la figura 6, Vo = 92.6 mV, y es menor que Vi = 100 mV,
lo cual ocurre en un amplificador en drenaje común, ya que la ganancia de voltaje Av siempre será menor que
la unidad. Con estos datos, se tiene que:

92.6 mV
Av , con carga= =0.926
100 mV
 Figura 5. Amplificador en drenaje común A.C. (con carga RL = Rs = 0.27k)

Figura 6. Mediciones de Vi y Vo en el osciloscopio

Cálculo de la ganancia (teórico), sin carga

Calculando gm:

mA
gm=2 k ( Vgs−Vt )=2∗200 ( 2.98 V −2.5V )=192 mA /V
V2
Se asume que Ro: resistencia drenaje-fuente en A.C. es ∞, además la fórmula para la ganancia con carga es la
misma que la de ganancia sin carga, a excepción de que la resistencia equivalente es el paralelo de Rs con Rl,
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que al ser iguales ambas la R equivalente es la mita, o sea: R = 0.135 k por lo que la ganancia con carga, para
el amplificador drenaje común es:

gmR 192∗0.135
Av , con carga ¿ = =0.963
1+ gmR 1+192∗0.135
Esta ganancia es aproximadamente igual a la obtenida simulada, de 0.926

Parte II. Amplificador en Compuerta Común

De acuerdo a la figura 7, el punto de operación se calcula de la siguiente forma:

Vi C1 C2
1uF 1uF
+V

R1
1k R5
R4 R3 4k
680 1k

R2
C3 270
1uF V1
+V10V

Figura 7. Amplificador en compuerta común

Análisis D.C.

Por divisor de voltaje:

R2 270
Vg= Vdd= ∗20 V =5.68 V
R4+R2 680+ 270

Malla de entrada:

Vgs=Vg−Vs=5.68−1∗Id (1)

Id=k (Vgs−Vt )2=200(Vgs−2.5)2 (2)

Resolviendo (1) y (2):

Vgs = 2.62V; Id = 3.06 mA

Malla de salida: Vds = Vdd – (R1+R3)*Id = 20 – (1+1)*3.06 = 13.9 V

Vds = 13.9 V

Punto de Operación: Q : Vgs = 2.62 V ; Id = 3.06 mA ; Vds = 13.9 V

3. Referencias bibliográficas

 SADIKU M. 2013, “Fundamentos de circuitos eléctricos”, ed. 5a, McGraw Hill.

 ROBERT L. BOYLESTAD & LOUIS NASHELSKY, “Teoría de Circuitos y Dispositivos
Electrónicos”, ed. 10ma, Pearson.