12.20 : Transistores

En el análisis de señales pequeñas, un amplificador de transistor MOSFET actúa como un amplificador lineal cuando opera en su región de saturación. El voltaje de compuerta a fuente (V_GS) del MOSFET es la suma del voltaje de polarización de CC y la pequeña señal de entrada que varía en el tiempo. Esta combinación configura el punto de operación y modula la corriente de drenaje (I_D) que fluye desde el drenaje hasta la fuente. Cuando se superpone una pequeña señal de CA al voltaje de polarización de CC en la compuerta, la corriente de drenaje instantánea consta de tres partes:

• La corriente de polarización CC (I_D0) es la corriente de reposo sin señal aplicada.
• Para efectos de amplificación se considera un componente que varía linealmente con la señal de entrada.
• Un componente no lineal es función del cuadrado de la señal de entrada y produce distorsión en la salida amplificada.

Para señales pequeñas, donde la amplitud del componente de CA de V_GS es suficientemente pequeña, el componente no lineal de la corriente de drenaje (que incluye términos proporcionales al cuadrado de la señal de entrada) se vuelve insignificante. Al ignorar estos términos no lineales, el comportamiento del MOSFET se puede aproximar linealmente, lo que simplifica enormemente el análisis.

La transconductancia del MOSFET (g_m), representa la tasa de cambio de la corriente de drenaje en respuesta a cambios en V_GS, evaluada en el punto de polarización, se define por:

Donde V_GS0 es el voltaje de polarización de CC.

En la región lineal de operación, la corriente de salida de señal pequeña (i_d) viene dada por:

Donde v_gs es el componente de pequeña señal de V_GS, la ganancia de voltaje (A_v) del amplificador viene dada por:

Donde R_L es la resistencia de carga conectada al drenaje, el signo negativo en la ecuación de ganancia de voltaje indica que la señal de salida está invertida con respecto a la señal de entrada.