POLARIZACION DEL TRANSISTOR JFET

8/10/2019 POLARIZACION DEL TRANSISTOR JFET

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circulando en el sentido del drenaje a la fuente, corriente quellamaremos Id. El valor de dicha corriente estar limitado porla resistencia del canal N de conduccin. En este caso puedendistinguirse dos situaciones segn sea vds grande o pequeaen comparacin con VGS.[2], [3]

3) REGIN DE SATURACIN: Si VDS se incrementams, se llegar a un punto donde el espesor del canal enel extremo del drenaje se acerque a cero. A partir de esemomento, la corriente se mantiene independiente de VDS,puesto que los incrementos de tensin provocan un mayorestrechamiento del canal, con lo que la resistencia globalaumenta (Figura 3).[2], [3]

Figura 3. Esquema del transistor JFET de canal n en la regin de corrienteconstante

C. CURVA CARACTERSTICA

En primer lugar, en la representacin de Id frente a vgs,para una vds dada, se aprecia claramente el paso de la reginde corte a la de saturacin (Figura 4). En la prctica slo seopera en el segundo cuadrante de la grfica, puesto que elprimero la vgs positiva hace crecer rpidamente Ig.[2], [3]

Figura 4. Curva caracterstica VGS-ID del transistor FET

En la curva caracterstica VDS - ID del transistor JFET seobserva la diferencia entre las regiones lineal y de saturacin(Figura 5). En la regin lineal, para una determinada vgs,la corriente crece proporcionalmente a la tensin vds. Sinembargo, este crecimiento se atena hasta llegar a ser nulo: sealcanza el valor de saturacin, en donde Id slo depende devgs.[3], [2]

Figura 5. Curva caracterstica VDS-ID del transistor FET

D. ECUACIN DE SHOCKLEY

ID= IDSS

1 VGS

VP

2

Dnde:

Vp.- es la tensin de puerta que produce el corte en eltransistor FET.

IDSS.- es la corriente mxima de drenador que circula porel transistor, al aumentar VDS, cuando la polarizacin dela puerta es VSG= 0 V.

E. VENTAJAS DEL JFET

Son dispositivos controlados por tensin con una impe-dancia de entrada muy elevada.

Los JFET son ms estables con la temperatura que losBJT.

Los JFET son ms fciles de fabricar que los BJT puesprecisan menos pasos y permiten integrar ms dispositi-vos en un CI.

Los JFET se comportan como resistencias controladas portensin para valores pequeos de tensin drenaje-fuente.

La alta impedancia de entrada de los JFET les permiteretener carga el tiempo suficiente para permitir su utili-zacin como elementos de almacenamiento.

Los JFET de potencia pueden disipar una potencia mayory conmutar corrientes grandes.

La potencia de control es nula, es decir, no se absorbecorriente por el terminal de control.

Una seal muy dbil puede controlar el dispositivo.

La tensin de control se emplea para crear un campoelctrico.

F. DESVENTAJAS QUE LIMITAN LA UTILIZACIN DELJFET

Los JFET presentan una respuesta en frecuencia pobredebido a la alta capacidad de entrada.

Los JFET presentan una linealidad muy pobre, y engeneral son menos lineales que los BJT.

Los JFET se pueden daar debido a la electricidadesttica.


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G. ESQUEMAS

1) POLARIZACIN CON FUENTE AL GATE: En estaconfiguracion tenemos una fuente negativa alimentando alGate.

Figura 6. Esquema de polarizacin con fuente al Gate

2) POLARIZACIN CON RESISTENCIA DE SOURCE:En esta configuracin el Gate va a tierra, una resistenciaconectada a Source, se le conoce a esta configuracin tambincomo Autopolarizacin.

Figura 7. Esquema de polarizacin con resistencia de Source

3) POLARIZACIN POR DIVISOR DE TENSIN: Estaconfiguracin es la mas estable con respecto a las demspolarizaciones ya que regula o controla la intensidad quecircula por la resistencia de Source.

Figura 8. Esquema de Polarizacin por divisor de tensin

4) POLARIZACION POR FUENTE DOBLE: En esta po-larizacin se utilizan dos fuentes de alimentacin simtricas.

Figura 9. Esquema de polarizacin por Fuente doble

5) POLARIZACIN CON GATE A TIERRA: En esta pola-rizacin tiene por caracterstica que el parmetro de Idss va aser igual a la Id.

Figura 10. Esquema de polarizacin con Gate a tierra

6) MOSFET INCREMENTAL: En la figura 11 se presentael MOSFET Incremental con una polarizacin de retroalimen-tacin.

Figura 11. Esquema de polarizacin del MOSFET Incremental

7) MOSFET DECREMENTAL: En la figura 12 se presentael MOSFET Decremental con una polarizacin de retroalimen-tacin.


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Figura 12. Esquema de polarizacion del MOSFET Decremental

II. MATERIALES Y HERRAMIENTAS

En el cuadro I se presentan los materiales y herramientas

que se utilizaron en la prctica.

Cuadro IDESCRIPCIN DEMATERIALES YHERRAMIENTAS

MATERIALES CANT. COSTO

Transistor MPF102 2 2.00 $Resistencias (varios valores) 11 0.33 $

HERRAMIENTAS1 Multmetro

1 Fuente DC. doble1 Protoboard

III. DESARROLLO

A. CLCULOS

1) POLARIZACIN CON FUENTE AL GATE: Para cum-plir con los requisitos de la practica establecida la polarizacinse realizara en el centro de la recta de carta tomando comoreferencia esa condicin comenzamos los clculos con lossiguientes datos:

Cuadro IIDATOSOBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN CON FUENTE AL GATE

DENOMINACIN VALOR

IDSS 10 mAVP -3 VID 8 mA

VCC 24VDS 12

Con esos datos procedemos a realizar los clculos. analiza-remos la malla de entrada como la de salida. Figura13

Figura 13. Polarizacin con fuente al Gate

Analizando la malla de entrada tenemos:

V1VGS= 0

V1 = VGS

Aplicamos la Ecuacin de Shockley para obtener el Vgs.

ID = IDSS

1 VGS

VP

2

VGS= VP

1

IDIDSS

VGS= 3

1

8mA10mA

= 0.3167V

Calculamos la malla de salida para encontrar la resistenciade drane:

VDS+ VRD VCC= 0

VRD= VCC

VDS

VRD= 2412 = 12

RD= VRDID

= 12V8mA = 1.5K

Figura 14. Rectas de Entrada y Salida del Transistor JFET

2) POLARIZACIN CON RESISTENCIA DE SOURCE:Partiendo de los datos que tenemos procedemos de la mismamanera a calcular la resistencia de Drane y resistencia deSource.


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Cuadro IIIDATOS OBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN CON RESISTENCIA DE

SOURCE

DENOMINACIN VALOR


VCC 24VDS 12

Figure 15. Polarizacin con resistencia de Source

Mediante la ley de Shockley obtenemos el Vgs.

ID=IDSS

1 VGS

VP

2

VGS=VP

1

IDIDSS

VGS=3

1

8mA10mA

= 0.3167V

Procedemos a obtener la ecuacin de entrada y salidamediante la ley de corrientes de kirchhoff.

VGS

VRS= 0

RS= VGSID

= 0.3167V8mA = 39

Calculamos la malla de salida para encontrar la resistenciade Drane:

VRS+ VDS+ VRDVCC= 0

ID(RS+ RD) = VCC VDS

RD = VCCVDS

IDRS

RD = 1.5K

Figure 16. Rectas de Entrada y Salida del Transistor JFET

3) POLARIZACIN MEDIANTE DIVISOR DE TENSIN:Para esta polarizacin nos impondremos un voltaje de Gate yuna resistencia de un mega ohmio obteniendo los valores.

Cuadro IVDATOS OBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN MEDIANTE

DIVISOR DE TENSIN

DENOMINACIN VALOR


VCC 24VDS 12R1 1M

Figura 17. Polarizacin mediante divisor de tensin


ID = IDSS

1 VGS

VP

2

VGS= VP

1 ID

IDSS

VGS= 3

1

8mA10mA

= 0.3167V

Calculamos la resistencia R2 para el divisor de tensin.

VG = R2R1+R2

VCC

2 = R21M+R2 24

R2 = 91K

Calculamos la resistencia equivalente.

REQ = R1R2R1+R2

= 83,409


VGVGS VRS= 0

VGS= VGVRS= 0

RS= VGVGS

ID= 2+0.31678mA = 270


VRS+ VDS+ VRD VCC= 0

ID(RS+ RD) = VCC VDS


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RD = VCCVDS

IDRS=

24128mA 270 = 1.2K


4) POLARIZACIN CON DOBLE FUENTE: En esta pola-rizacin utilizaremos una fuente simtrica cada una conectadaa una resistencia de Source y Drane respectivamente.

Cuadro VDATOS OBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN CON DOBL E

FUENTE

DENOMINACIN VALOR

IDSS 10 mAVP -3 VID 8 mAV1 24V2 -24

VDS 12

Figura 19. Polarizacin con doble fuente simtrica


ID=IDSS

1

VGS

VP2

VGS=VP

1

IDIDSS

VGS=3

1

8mA10mA

= 0.3167V


24VGS VRS= 0

VGS= 24ID RS= 0

RS= VGVGS

ID= 24+0.31678mA = 3.3K


VRS VDS VRD+ 48 = 0

ID(RS+ RD) = 48VDS

RD= 48VDS

IDRS=

36V8mA 3.3K = 1.2K


5) POLARIZACIN CON GATE A TIERRA: En esta con-figuracin vamos a tener que la Id es igual al parmetro Idss.

Cuadro VIDATOS OBTENIDO S PARA LA POLARIZ ACIN CON GATE A

TIERRA

DENOMINACIN VALOR

IDSS 10 mAVP -3 VID 10 mAV1 24

VDS 12

Figura 21. Polarizacin con Gate a tierra

como tenemos que la intensidad de drane es igual alparametro Idss tenemos:

ID = IDSS= 10mA


VDS VRD+VCC= 0

ID RD=VCC VDS


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RD = VCCVDS

IDRS=

12V10mA 1.2K


6) POLARIZACIN POR RETROALIMENTACIN DEL

MOSFET INCREMENTAL: En esta configuracin vamos acomprobar el funcionamiento de un MOSFET Incremental.

Cuadro VIIDATOS OBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN DEL MOS FET

INCREMENTAL

DENOMINACIN VALOR

IDon 5 mAVGSon 6 V

VGS(th) 4 V

Figura 23. Polarizacion por retroalimentacin del MOSFET

Como primer punto calculamos la constante K

K= IDon(V gsonV gs(th))2

= 5mA(64)2 = 1.25 103

Ahora Calculamos la Intensidad de Drane

ID=k (V gsonV gs(th))2

ID= 1.25 103 (64)

2= 5mA

Calculamos la Resistencia de Drane.

RD = VCCVDS

ID= 1265mA = 1.2K

Figure 24. Rectas de Entrada y Salida del Transistor MOSFET tipo Incre-mental

7) POLARIZACIN DEL MOSFET DECREMENTAL PORDIVISOR DE TENSION: En esta configuracin vamos acomprobar el funcionamiento de un MOSFET Decremental.

Cuadro VIIIDATOS OBTENIDOS PARA LA POLARIZACIN DEL MOS FET

DECREMENTAL

DENOMINACIN VALOR

IDSS 8 mAVp -3.3 VVcc 12 VR1 110 MR2 10 M

Figura 25. Polarizacin del MOSFET Decremental por divisor de tensin

Calculamos el voltaje de Gate

vG = R2VCCR1+R2

= 10M12120M = 1V


ID = IDSS

1 VGS

VP

2

VGS= VP

1

IDIDSS

VGS= 3.3

1

4mA8mA

= 0.878V


VGVGS VRS= 0


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VGS=VGID RS= 0

RS= VGVGS

ID= 2+0.8784mA = 470


VRS

VDS

VRD+VCC= 0

ID(RS+ RD) = 6

RD = 6ID

RS= 6V4mA 470 = 1K

Figure 26. Rectas de Entrada y Salida del Transistor MOSFET tipo Decre-mental

B. SIMULACIONES

1) POLARIZACIN CON FUENTE AL GATE: Como ob-servamos en la figura 20 los valores simulados se asemejanmucho a los valores calculados anteriormente.

Figura 27. Simulacin polarizacin con fuente al Gate

2) POLARIZACIN CON RESISTENCIA DE SOURCE:Como observamos en la figura 21 los valores simulados seasemejan mucho a los valores calculados anteriormente.

Figura 28. Simulacin polarizacin con resistencia de Source

3) POLARIZACIN POR DIVISOR DE TENSIN: Comoobservamos en la figura 22 los valores simulados se asemejanmucho a los valores calculados anteriormente.

Figura 29. Simulacin polarizacin con divisor de tensin

4) POLARIZACIN POR FUENTE DOBLE: Como ob-servamos en la figura 23 los valores simulados se asemejanmucho a los valores calculados anteriormente.


5) POLARIZACIN CON GATE A TIERRA: Como ob-servamos en la figura 24 los valores simulados se asemejanmucho a los valores calculados anteriormente.


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6) POLARIZACIN POR RETROALIMENTACION DELMOSFET INCREMENTAL: Como observamos en la figura25 los valores simulados se asemejan mucho a los valorescalculados anteriormente.

Figura 32. Simulacin polarizacin por retroalimentacin

7) POLARIZACIN POR DIVISOR DE TENSIN DELMOSFET DECREMENTAL: Como observamos en la figura26 los valores simulados se asemejan mucho a los valorescalculados anteriormente.

Figura 33. Simulacin polarizacin por Divisor de tensin

C. TABLA DE COMPARACIONES

A continuacin se presentan los datos obtenidos tantocalculados, medidos y simulados en las diferentes tablas.

1) POLARIZACIN CON FUENTE AL GATE: Los valoresobtenidos en la practica presentamos en el cuadro.

Cuadro IXVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS

PARMETRO CALCULADO MEDIDO SIMULADO

ID (mA) 8 mA 7.9 mA 7.999 mAVDS (V) 12 V 11.99 V 12.002 VVGS (V) - 0.3167 V -0.27 V -0.317 VVG (V) -0.3167 V -0.27 V -0.317 V

2) POLARIZACION CON RESISTENCIA DE SOURCE:Los valores obtenidos en la practica presentamos en el cuadro.

Cuadro XVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS


ID (mA) 8 mA 7.9 mA 7.74 mAVDS (V) 12 V 11.88 V 12.089 VVGS (V) - 0.3167 V -0.28 V -0.302 VVG (V) 0 V 0 V 0 V

3) POLARIZACION POR DIVISOR DE TENSION: Losvalores obtenidos en la practica presentamos en el cuadro.

Cuadro XIVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS


ID (mA) 8 mA 7.97 mA 8.146 mAVDS (V) 12 V 12.02 V 12.022 VVGS (V) - 0.3167 V -0.28 V -0.302 VVG (V) 2 V 1.89 V 1.985 V

4) POLARIZACION CON FUENTE DOBLE: Los valoresobtenidos en la practica presentamos en el cuadro.

Cuadro XIIVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS



5) POLARIZACIN CON GATE A TIERRA: Los valoresobtenidos en la practica presentamos en el cuadro.

Cuadro XIIIVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS



6) POLARIZACIN POR RETROALIMENTACIN DELMOSFET INCREMENTAL: Los valores obtenidos en la prac-tica presentamos en el cuadro.


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Cuadro XIVVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS

PARMETRO CALCULADO SIMULADOS

ID (mA) 5 mA 4.98 mAVDS (V) 6 V 6.023 V

7) POLARIZACIN POR RETROALIMENTACIN DELMOSFET DECREMENTAL: Los valores obtenidos en la prac-tica presentamos en el cuadro.

Cuadro XVVALORES MEDIDOS, CALCULADOS Y SIMULADOS

PARMETRO CALCULADO SIMULADOS

ID (mA) 4 mA 3.901 mAVDS (V) 6 V 6.263 VVGS (V) - 0.878 V -0.888 VVG (V) 1 V 0.946 V

CONCLUSIONES

In the development of the practice we notice several im-

portant points that they are necessary the sorrow to stress, tothe beginning we were saying that it was very important todetermine the IDSS and VP, for the first calculations we sawor guided ourselves in a data sheet, but the calculations werenot coinciding with anything to the measured calculations, Idecided to assemble a simple circuit and measure the VP, in aconfiguration of fixed polarization, like that imposing a valueof resistance on me and measuring the voltage in the sameone simultaneously that was raising the voltage negatively tothe Gate of the transistor, there was going to be a point wherethe voltage is zero in the resistance that it was meaning that Iapproached already the VP.

Applying the ohm law I could obtain the current that wascirculating along my resistance of test and this value it was theone that takes like IDSS. Realizing the calculations we realizedthat the studied resistances were of values that we could notobtain on the market for which we resort to obtain results comecloser the resistances them connecting in series, parallel as itis the case, which I take myself that the calculations realizedcompared to the calculations were changing but they were inan acceptable status working almost to half of the straight lineof load.

This also is a factor that influences very much the correctachievement of the circuits, notice simultaneously that in theconfiguration of double symmetrical source and Autopolariza-

tion the error status with regard to the voltage was changingapproximately one volt, what it gives me to think that inthese configurations we cannot find the values so stable whilein the polarization configuration by means of voltage divisorthe values calculated with the measured values had low errorstatus, that means that the values in such a configurationremain stable and they will change too much.

REFERENCIAS

REFERENCES

[1] R. L. Boylestad and L. Nashelsky. Electrnica: Teora de circuitos ydispositivos electrnicos. Pearson Educacin, 2003.

[2] F. J. Gabiola, D. I. De Telecomunicacin Basil, et al. ANLISIS YDISEO DE CIRCUITOS ELECTRNICOS ANALGICOS. Teora yEjercicios Resueltos. Editorial Visin Libros, 2007.

[3] http://146.83.206.1/~jhuircan/PDF_ELECTRONI CA/PolFET01H.pdf

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