En electrónica , un amplificador de fuente común es una de las tres topologías básicas de amplificador de transistor de efecto de campo (FET) de una sola etapa, que se utilizan normalmente como amplificador de tensión o de transconductancia . La forma más sencilla de saber si un FET es de fuente común, de drenaje común o de compuerta común es examinar por dónde entra y sale la señal. El terminal restante es lo que se conoce como "común". En este ejemplo, la señal entra por la compuerta y sale por el drenaje. El único terminal restante es la fuente. Este es un circuito FET de fuente común. El circuito de transistor de unión bipolar análogo puede considerarse un amplificador de transconductancia o un amplificador de tensión. (Consulte la clasificación de amplificadores ). Como amplificador de transconductancia, la tensión de entrada se considera que modula la corriente que va a la carga. Como amplificador de tensión, la tensión de entrada modula la corriente que fluye a través del FET, cambiando la tensión a través de la resistencia de salida de acuerdo con la ley de Ohm . Sin embargo, la resistencia de salida del dispositivo FET normalmente no es lo suficientemente alta para un amplificador de transconductancia razonable ( idealmente infinita ), ni lo suficientemente baja para un amplificador de voltaje decente ( idealmente cero ). Como se ve a continuación en la fórmula, la ganancia de voltaje depende de la resistencia de carga, por lo que no se puede aplicar para controlar dispositivos de baja resistencia, como un altavoz (que tiene una resistencia de 8 ohmios). Otro inconveniente importante es la respuesta de alta frecuencia limitada del amplificador. Por lo tanto, en la práctica, la salida a menudo se enruta a través de un seguidor de voltaje ( etapa de drenaje común o CD), o un seguidor de corriente ( etapa de compuerta común o CG), para obtener características de salida y frecuencia más favorables. La combinación CS-CG se llama amplificador en cascada .
A bajas frecuencias y utilizando un modelo híbrido-pi simplificado (donde no se considera la resistencia de salida debido a la modulación de la longitud del canal), se pueden derivar las siguientes características de pequeña señal de circuito cerrado .
El ancho de banda del amplificador de fuente común tiende a ser bajo debido a la alta capacitancia resultante del efecto Miller . La capacitancia de compuerta-drenaje se multiplica efectivamente por el factor , lo que aumenta la capacitancia de entrada total y reduce el ancho de banda general.
La figura 3 muestra un amplificador de fuente común MOSFET con una carga activa . La figura 4 muestra el circuito de pequeña señal correspondiente cuando se agrega una resistencia de carga R L en el nodo de salida y se agrega un controlador de Thévenin de voltaje aplicado V A y resistencia en serie R A en el nodo de entrada. La limitación del ancho de banda en este circuito se deriva del acoplamiento de la capacitancia parásita del transistor C gd entre la compuerta y el drenador y la resistencia en serie de la fuente R A. (Existen otras capacitancias parásitas, pero se las ignora aquí ya que solo tienen un efecto secundario en el ancho de banda).
Utilizando el teorema de Miller , el circuito de la Figura 4 se transforma en el de la Figura 5, que muestra la capacitancia de Miller C M en el lado de entrada del circuito. El tamaño de C M se decide igualando la corriente en el circuito de entrada de la Figura 5 a través de la capacitancia de Miller, digamos i M , que es:
a la corriente extraída de la entrada por el condensador C gd en la Figura 4, es decir jωC gd v GD . Estas dos corrientes son las mismas, lo que hace que los dos circuitos tengan el mismo comportamiento de entrada, siempre que la capacitancia de Miller esté dada por:
Por lo general, la dependencia de la frecuencia de la ganancia v D / v G no es importante para frecuencias incluso ligeramente superiores a la frecuencia de corte del amplificador, lo que significa que un modelo híbrido-pi de baja frecuencia es preciso para determinar v D / v G. Esta evaluación es la aproximación de Miller [1] y proporciona la estimación (solo establezca las capacitancias a cero en la Figura 5):
Entonces la capacitancia de Miller es
La ganancia g m ( r O || R L ) es grande para R L grande , por lo que incluso una pequeña capacitancia parásita C gd puede convertirse en una gran influencia en la respuesta de frecuencia del amplificador, y se utilizan muchos trucos de circuitos para contrarrestar este efecto. Un truco es agregar una etapa de compuerta común (seguidora de corriente) para hacer un circuito en cascada . La etapa seguidora de corriente presenta una carga a la etapa de fuente común que es muy pequeña, es decir, la resistencia de entrada del seguidor de corriente ( R L ≈ 1 / g m ≈ V ov / (2 I D ) ; vea compuerta común ). Un R L pequeño reduce C M . [2] El artículo sobre el amplificador de emisor común analiza otras soluciones a este problema.
Volviendo a la Figura 5, el voltaje de la compuerta está relacionado con la señal de entrada por división de voltaje como:
El ancho de banda (también llamado frecuencia de 3 dB) es la frecuencia en la que la señal cae a 1/ √ 2 de su valor de baja frecuencia. (En decibeles , dB( √ 2 ) = 3,01 dB). Una reducción a 1/ √ 2 ocurre cuando ωC M R A = 1, lo que hace que la señal de entrada en este valor de ω (llamémosle a este valor ω 3 dB , por ejemplo) v G = V A / (1+j). La magnitud de (1+j) = √ 2 . Como resultado, la frecuencia de 3 dB f 3 dB = ω 3 dB / (2π) es:
Si la capacitancia parásita de compuerta a fuente C gs se incluye en el análisis, simplemente es paralela a C M , por lo que
Tenga en cuenta que f 3 dB se vuelve grande si la resistencia de la fuente R A es pequeña, por lo que la amplificación de Miller de la capacitancia tiene poco efecto sobre el ancho de banda para R A pequeño . Esta observación sugiere otro truco de circuito para aumentar el ancho de banda: agregue una etapa de drenaje común (seguidor de voltaje) entre el controlador y la etapa de fuente común para que la resistencia de Thévenin del controlador combinado más el seguidor de voltaje sea menor que la R A del controlador original. [3]
El examen del lado de salida del circuito de la Figura 2 permite determinar la dependencia de la frecuencia de la ganancia v D / v G , lo que permite comprobar que la evaluación de baja frecuencia de la capacitancia de Miller es adecuada para frecuencias f incluso mayores que f 3 dB . (Consulte el artículo sobre división de polos para ver cómo se maneja el lado de salida del circuito).
![{\displaystyle f_{\mathrm {3dB} }={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }C_{\mathrm {M} }}}={\frac {1}{2\ pi R_{\mathrm {A} }[C_{\mathrm {gd} }(1+g_{\mathrm {m} }(r_{\mathrm {O} }\parallel R_{\mathrm {L} })] }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80495f020da5aece3e61f21738d61ab16c636e5b)
![{\displaystyle f_{\mathrm {3dB} }={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }(C_{\mathrm {M} }+C_{\mathrm {gs} })} }={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }[C_{\mathrm {gs} }+C_{\mathrm {gd} }(1+g_{\mathrm {m} }( r_{\mathrm {O}}\parallel R_{\mathrm {L}}))]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b45722804f6daf3ba64cfb06d8af586da60770b)