Fuente Widlar

7/23/2019 Fuente Widlar

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL.

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERASY TECNOLOGAS AVANZADAS.

Tpicos Avana!os !" E#"c$%nica.

Prctica 5: Fuente de corriente Widlar.

Alumnos:o Ortiz Castillo Marco Antonio.o Venegas Pineda Luis uillermo.o Vizuet !s"a#a Alitzel $ara%.

Pro&esor: Peza 'a"ia (uan Manuel.

ru"o: )MM*.

* de +unio de ,-5.

NDICE:

o /ntroducci0n. Pgina ).o O1+eti2os. Pgina ).

Instituto Politcnico Nacional. Pgina 1


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o Materiales. Pgina ).o Marco 'e0rico. Pgina 3.o 4esultados anlisis de resultados. Pgina .o Conclusiones. Pgina ,.o 6o+a de &irmas. Pgina ).

o 4e&erencias. Pgina ).



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INTRODUCCIN:

!n el siguiente re"orte se "resenta el desarrollo de una &uente de corriente ti"o Widlar. $e

"resentan los materiales a utilizar7 los clculos necesarios "ara alcanzar los o1+eti2os

esta1lecidos7 el "roceso de desarrollo las "rue1as a las 8ue se somete el circuito "aracom"ro1ar su &uncionamiento.

Adems se "resenta un marco te0rico donde se e9"lica la o"eraci0n del circuito as% como

sus 2enta+as des2enta+as res"ecto a los es"e+os de corriente a las 2aria1les entre su

construcci0n con transistores con MO$F!'.

OBJETIO!:

!l alumno a"render a desarrollar los clculos necesarios "ara im"lementar una

&uente de corriente ti"o Widlar.

!l alumno "racticar sus a1ilidades en el armado de circuitos el;ctricos.

!l alumno com"ro1ar la &uncionalidad utilidad de las &uentes de corriente ti"o

Widlar.

"#TERI#$E!:

, /4F%.

4esistencia de .5?7 5?7 -?7 ))-?7 3=-?7 >? ->?.

Fuente de alimentaci0n.

Proto1oard.

Alam1re.

Instituto Politcnico Nacional. Pgina &


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"#RCOTERICO.

Las &uentes de corriente son am"liamente utilizadas en circuitos electr0nicos integrados

como elementos de "olarizaci0n como cargas acti2as en eta"as am"li&icadoras. !stas

&uentes en "olarizaci0n resultan ms insensi1les a 2ariaciones de las tensiones de

"olarizaci0n de la tem"eratura7 son ms econ0micas 8ue los elementos resisti2os en

t;rminos de rea de ocu"aci0n7 es"ecialmente cuando las corrientes son 1a+as. Las &uentes

de corriente como cargas acti2as "ro"orcionan resistencias incrementales de alto 2alor

resultando eta"as am"li&icadoras con ele2ada ganancia o"erando incluso con 1a+os ni2eles

de tensiones de "olarizaci0n. As%7 la ganancia t%"ica en tensi0n de una eta"a en emisor

com@n es:

AV=hfeRChie

(1)

Para o1tener una gran ganancia7 de1e utilizarse una 4C mu grande 8ue resulta una

soluci0n in2ia1le en un circuito integrado "or dos moti2os: una resistencia de di&usi0n alta

ocu"a un rea "roi1iti2a una 4C grande tiene una ca%da de tensi0n mu ele2ada 8ue

com"licar%a la "olarizaci0n del am"li&icador. Las &uentes de corriente eliminan am1os

incon2enientes "ermiten lograr ganancias del orden de -.--- en una sim"le eta"a con

carga de corriente.

!s"e+o de Corriente 1i"olar.

$e trata de la &orma de &uente de corriente ms sim"le. !l es"e+o de corriente est

constituido "or una asociaci0n de dos transistores id;nticos 8ue tienen la misma tensi0n

V!7 tal como se muestra en la &igura .a. !l transistor B est o"erando en modo diodo

colector 1ase en corto circuitoD "or ello en numerosas ocasiones se "uede re"resentar

como el circuito "resentado en la &igura .1. Am1os circuitos se com"ortan como una

&uente de corriente de 2alor /-.

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Figura 1: a) Espejo de corriente, b) Representacin simplificada de un espejo de corriente.

Para el anlisis de esta &uente de corriente es "reciso utilizar la ecuaci0n de !1ers E Moll

sim"li&icada de un transistor en la regi0n lineal 8ue relaciona la / Ccon la tensi0n V!de

&orma 8ue:

IC=IS eVBEVT (2)

VBE=VTlnIC

IS (3)

!n un es"e+o de corriente las tensiones V! de B B,son iguales 7 al ser transistores

id;nticos7 /$/$,. Por consiguiente7 la ecuaci0n ) indica 8ue am1as intensidades de colector

de1en ser iguales /C/C,/o. Ge a% el nom1re de es"e+o de corriente: la corriente de

colector de am1os transistores es la misma7 de &orma 8ue si 2ar%a la corriente de uno de

ellos tiene re&le+o en el otro. !n la 1ase de estos transistores se 2eri&ica 8ue:

Iref=IC1+IB1+IB2 (4 )

H como la corriente de colector es id;ntica en am1os transistores dado 8ue o"eran en la

regi0n lineal /C I/D7 se "uede des"e+ar /Cde la ecuaci0n 3 resultando 8ue:

IC1=IC2=Io= Iref

1+2

(5)

Gonde:

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Iref=VCCVBE

R (6)

!n el caso en 8ue J KK 7 la ecuaci0n 5 se reduce a:

IC1=IC2Iref (7)

La ecuaci0n = se cum"le siem"re 8ue B B,sean transistores id;nticos con las mismas

caracter%sticas el;ctricas. !n general7 no es "osi1le conseguir un 1uen es"e+o de corriente

utilizando transistores discretos de1ido a la dis"ersi0n de "armetros 8ue tienen estos

dis"ositi2os. Los me+ores resultados se o1tienen en circuitos integrados cuando se &a1rican

situando a los transistores mu "r09imos entre s% con id;ntica geometr%a.

Figura 2: Caractersticas elctricas del transistor real ! el ideal.

na &uente de corriente ideal de1e suministrar una corriente constante con inde"endencia

de la tensi0n de salida. $in em1argo7 en las &uentes de corriente reales su corriente de salida

2ar%a con la tensi0n de salida. !sta de"endencia est relacionada con la resistencia de salida

del transistor. La &igura , re"resenta la cur2a de o"eraci0n de B,con V!,Cte. &i+ada "or la

corriente del transistor Ben el es"e+o de corriente de la &igura .a7 su"oniendo al transistorideal real. $i se considera un transistor ideal sin resistencia de salida7 la intensidad / o es

inde"endiente de la VC!7 es decir7 de la tensi0n de salida. Por el contrario7 un transistor tiene

una resistencia de salida de &orma 8ue la / C,/o es 2aria1le con la VC!. !n cual8uier caso7

este transistor de+a de com"ortarse como elemento lineal cuando entra en la regi0n de

saturaci0n7 siendo ;ste el l%mite de o"eraci0n de cual8uier &uente de corriente.

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na &uente de corriente tiene dos modelos en &unci0n del ti"o de anlisis 8ue se realice. !n

GC "uede ser sustituida "or el e8ui2alente orton de la &igura ) a constituido "or una

&uente de intensidad /o una resistencia 4oN en el caso ideal 4o se cum"le 8ue /io/o .

!n alterna se com"orta como un elemento resisti2o


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Figura ': a) %iagrama de circuito repetidor de corriente, b) (ersin mejorada de circuito

repetidor de corriente.

La segunda com"onente es im"ortante si es ele2ado o I es "e8ue#a "uede reducir

signi&icati2amente el 2alor de /o. Para este circuito7 se "uede demostrar &cilmente 8ue la

intensidad de salida 2iene dada "or:

Io= Iref

1+N

=

VCCVBER

1+N

(9)

La &igura 3 1 "resenta una 2ersi0n me+orada del re"etidor de corriente 8ue minimiza el

e&ecto de las corrientes de "olarizaci0n de 1ase a tra2;s del transistor B. !n este circuito

se 2eri&ica 8ue:

Iref=IC1+ B1+

(10)

4esultando 8ue:

Io= Iref

1+ N

(1+)

=

VCC2VBER

1+ N

(1+ )

(11)

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!n el denominador de la ecuaci0n 7 se encuentra di2idido "or I IRDI , si IKKD

&rente a I en la ecuaci0n =. Como resultado7 el circuito de la &igura 3.1 &unciona

correctamente con I "e8ue#as admite un n@mero maor de salidas.

Fuente de corriente Widlar:

!n mucos am"li&icadores integrados se re8uieren &uentes de corriente con ni2eles de

"olarizaci0n mu 1a+os del orden de 5SAD alta im"edancia de salida. enerar estos

2alores con &uentes de corriente 1asadas en es"e+os de corriente e9ige 8ue la resistencia de

"olarizaci0n sea del orden de T-->WN estas resistencias son mu costosas de integrar

"or8ue ocu"an demasiada rea. !stos 2alores de corriente se "ueden generar con un coste

ms 1a+o en la &uente de corriente Widlar7 cua estructura se muestra en la &igura 5.a. !sta

&uente utiliza una resistencia de emisor de "e8ue#o 2alor de &orma 8ue los transistores estntra1a+ando con di&erentes 2alores de V!.

Figura : Fuente de corriente *idlar basada en a) transistores bipolares ! b) #+FE-.

!n este circuito7 si se suma las tensiones en la 1ase de los transistores7 asumiendo 8ue I

KK7 se o1tiene:

VBE1=VBE 2=IC2RE=0(12)

$ustituendo las tensiones V!"or las e9"resiones de las ecuaciones de !1ers E Moll

indicadas en la ecuaci0n su"oniendo transistores id;nticos /$/$,/$7 resulta:

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VTlnIC1

IS=VTln

IC2

IS=IC2RE=0 (13)

Al sim"li&icar agru"ar la anterior ecuaci0n teniendo en cuenta 8ue /C,/o se o1tiene la

ecuaci0n caracter%stica de la &uente Widlar:

VTlnIC1

I0=IoRE (14)

Gonde:

IC1=VCCVBE

R1 (15)

La resistencia de salida de esta &uente se "uede a"ro9imar mediante la e9"resi0n:

IC1=hoe21 (1+ REhie2+RE ) (16 )

Bue como se "uede o1ser2ar su


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Zo=rd2+(1+ )RS (21)

4uiz 4o1redo7 ,-5D

4!$L'AGO$HAUL/$/$G!4!$L'AGO$:

-abla 1: Resultados obtenidos para fuente *idlar.

4$ ?D V$ VD VG$ VD VG$, VD V4$ mVD /out AD /re& AD5 )., )., - - T= 5T-

- )., )., - = 5, 53))- )., )., - 33 ,) 53)3=- )., )., - 55 , 53.5 )., )., - - =5 53,> )., )., - *=.5 T* 535-> )., )., - ,,= ,.* 53T

!l circuito &ue alimentado con - V de CG. Como se "uede a"reciar en la ta1la 7 con&ormelos 2alores de la resistencia de carga 4$ aumenta el 2alor de su 2olta+e aumenta la

corriente de salida aumenta7 sin em1argo la corriente de re&erencia siem"re se mantiene en

un rango de o"eraci0n esta1le7 con lo 8ue se demuestra 8ue la &uente de Widlar &unciona7

sin em1argo tiene a@n ligeras 2ariaciones "ara ello e9isten &uentes con maor "recisi0n.

Ge acuerdo a la ecuaci0n ,, la resistencia de re&erencia usada &ue de ,.=>%.

IREF=1

2

(

W

L

)Cox (VGSVTh )

2

(22)

Figura : #edicin de (outcon ""/.



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Figura 0: #edicin de (%2.

Figura : #edicin de outcon 1/3.

CONC$U!IONE!:

O%$i Cas$i##o &a%co An$onio'

La &uente de corriente Widlar es un circuito de gran utilidad a 8ue con 2ariaciones en el

2olta+e 8ue recae so1re la resistencia de carga la corriente de la re&erencia no tiene

2ariaciones im"ortantes7 ca1e aclarar 8ue a circuitos 8ue tienen una me+or res"uesta

8ue "or tanto son ms esta1les7 sin em1argo la &uente de Widlar es una "rimera

a"ro9imaci0n un claro e+em"lo de los es"e+os de corriente.

Gurante la realizaci0n de la "rctica encontramos mucos incon2enientes so1re todo con el

&uncionamiento del circuito a 8ue en gran "arte del tiem"o el circuito no demanda1a

corriente "or tanto no a1%a mediciones correctasN creemos 8ue se de1e a &allo de alg@n

com"onente.

V"n"(as Pin"!a L)is G)i##"%*o'



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La im"lementaci0n de la &uente de corriente Widlar es mu sim"le su &uncionamiento es

mu 1ueno a "esar de 8ue sa1emos 8ue e9isten me+ores modelos de es"e+os de corriente

8ue tienen maor esta1ilidad7 sin em1argo re8uieren de arreglos ms com"le+os de una

maor cantidad de com"onentes "ara su realizaci0n.

Gurante la "rctica tu2imos mucos "ro1lemas con el circuito a 8ue no ten%amos

mediciones adecuadas no sa1emos a@n el "or 8u; a 8ue 2eri&icamos cada com"onente

su &uncionamiento alam1ramos el circuito re"etidas ocasiones en distintas "roto1oards.

Vi)"$ Espa+a A#i$"# Sa%a,'

!l circuito 8ue se desarroll0 mostr0 una 1uena esta1ilidad "ara ser un modelo tan sim"le7 es

decir7 se logran 2er 2ariaciones en la corriente de salida cuando se cam1ia el 2olta+e de la

resistencia de carga7 sin em1argo las 2ariaciones son mu reducidas.

!sta es una 1uena o"ci0n cuando se re8uiere mantener un ni2el constante de corriente7 sin

em1argo ser%a 1ueno considerar otras o"ciones de es"e+os de corriente de"endiendo la

situaci0n a la 8ue se en&rente7 a 8ue si se re8uiere un ni2el ms "reciso de corriente lo

me+or ser im"lementar otra o"ci0n con menor 2ariaci0n.

Figura 4: 5oja de firmas.

R/0ncias

Rui Ro03o4 5. #. 62-1(7.Slideshare

. Otni3o 3 !li3s8a0:8tt9:s.sli3s8a0.nt;i0ios*lct0onica

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