POLARIZACION DEL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION J-FET (JUNTION FIELD EFFECT TRANSISTOR)

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1 POLAZACON DEL TANTO DE EFECTO DE CAMPO DE UNON J-FET (JUNTON FELD EFFECT TANTO) TEOA PEA El transistor de efecto de campo (JFET) tiene las siguientes ventajas y desventajas con respecto del transistor bipolar ENTAJA - su impedancia de entrada es extremadamente alta (típicamente 00M Ω o más). - u tamaño físico es aproximadamente un 0 o 30% del espacio que ocupa un BJT. Esto lo hace idóneo para su integración en gran escala, sobre el MOFET que es más pequeño que el JFET. - u consumo de potencia es mucho más pequeña que la del BJT. - u velocidad de conmutación es mucho mayor que la del BJT. - Es menos ruidoso que el BJT, esto lo hace idóneo para amplificadores de alta fidelidad. - Es afectado en menor grado por la temperatura. DEENTAJA - u ganancia de voltaje es mucho menor que en el BJT. - Es susceptible al daño en su manejo, sobre todo el MOFET. - u ancho de banda o respuesta en frecuencia es menor que en el BJT. CONTUCCÓN ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

2 FUNCONAMENTO.- 0 y variable El canal n se comporta como una resistencia cuyo valor depende del voltaje existente entre D y. Cuando llega a ser lo suficientemente grande la corriente i comienza a ser constante, puede incrementarse hasta B 0 (punto en el que ocurre el rompimiento por avalancha), la nomenclatura significa voltaje de ruptura entre D y con 0. La curva que se obtiene para cuando se mantiene en corto las terminales de Gate y ource, mientras varia el voltaje entre Dren y ource, es la siguiente: Corriente entre D y con 0. PO oltaje entre D y a partir del cual la corriente comienza a ser constante. Aquí comienza la región de saturación B 0 oltaje de ruptura entre D y con 0. NOTA: Como el canal N se comporta como una resistencia a medida que se incrementa, entonces el mismo potencial presente en el canal hace que se forme una región de ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

3 agotamiento o campo eléctrico que va incrementándose en intensidad hasta que se cierra por completo en el punto A, cualquier aumento posterior en la tensión mantendrá al potencial de A con respecto de tierra constante, razón por la cual la corriente i comienza a ser constante..- y variables: El voltaje es negativo en los FET` de canal N, esto para controlar la anchura del canal, a medida que se incrementa negativamente se origina una región de agotamiento entre compuerta y fuente que va reduciendo la corriente i gradualmente: Denotaremos por PX a un voltaje cualquiera producido bajo la condición de un voltaje de valor x y en el cual la corriente comienza a hacerse constante (saturarse). La relación existente entre el nuevo PX y cualquier es: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

4 PX po + B X B 0 + El canal se cierra por completo cuando Gsoff, en este momento la corriente i es aproximadamente cero. CUA DE TANCONDUCTANCA Es una grafica de la corriente de salida en función del voltaje de entrada. La ecuación que representa a esta curva es: i v ó i v PO i PO + PO donde PO y -po Algunos parámetros importantes del FET son los siguientes: Corriente de saturación entre D y con la tensión 0. oltaje que produce la oclusión o cierre del canal. Corriente inversa de saturación entre G y con 0. B 0 voltaje de ruptura entre D y con 0. B oltaje de ruptura entre G y con 0. Y f Admitancia de transferencia directa para source común con 0. ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

5 EJECCO: El JFET N5457 tiene los siguientes parámetros: 5mA -6 na B -5 Y F g F 5000 µ.- Obtener la ecuación de la curva de transconductancia. v i 5mA 6 v i 5mA Obtener la corriente entre drenador y fuente para los siguientes voltajes compuertafuente i 5mA.mA.555mA 0.555mA El resultado i.555ma para -8 no existe ya que para el funcionamiento del FET es solo media parábola. 3.- Calcular la impedancia de entrada de este dispositivo cuando -5 a temperatura ambiente y a 00º C. Z i 5 C 5 na ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

6 Z i 5GΩ Z i( ) 00 C 5 C T-T 0 00 C 8.0nA Zi (00 C ) 5 8nA Zi (00 C ) 83MΩ TANCONDUCTANCA EN UN PUNTO i derivamos la ecuación de la curva de transconductancia se obtendrá el valor de la conductancia en un punto en particular sobre la curva llamado g m : g g m m i g m indica que tanto control tiene el voltaje de entrada sobre la corriente de salida: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

7 En la figura se observa como para un mismo incremento de se obtienen diferentes amplitudes de corriente. Q tiene mayor pendiente, es decir mayor conductancia, por lo tanto hay un mayor control de i para el mismo. POLAZACÓN DEL JFET Algunas de las formas típicas de polarización de un JFET son las siguientes: - POLAZACÓN FJA O DE COMPUETA - AUTOPOLAZACÓN - POLAZACON PO ÓN DE OLTAJE - POLAZACON PO FUENTE DE COENTE POLAZACÓN FJA Al igual que en el BJT, la malla de entrada es la que polariza al JFET, en este caso la malla de compuerta. Cabe mencionar que para este dispositivo la corriente de reposo es fijada por el voltaje de compuerta. ANAL El voltaje en la compuerta siempre será negativo respcto al Terminal de ource en jun JFET de canal N: G (+) (-) ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

8 ANÁL EN LA MALLA DE COMPUETA Ley de oltajes de Kirchoff en malla de compuerta. + + G + 0 Como se supone que la unión compuerta-fuente esta polarizada inversamente, entonces significa que no existe corriente y por lo tanto G 0 - Esta ecuación representa la recta de polarización Esta recta se muestra en la siguiente figura, la cual queda representada por una recta vertical a lado izquierdo del eje de la corriente. De la figura se observa la gran inestabilidad que puede experimentar el punto de operación para el caso de los posibles cambios en los parámetros que puede presentar un FET aún cuando tratándose del mismo tipo ya que las técnicas de fabricación no son tan perfectas como para que y off sean constantes de un dispositivo a otro. Este tipo de polarización es la peor forma de polarizar a un JFET ya que el punto de operación (, ) bastante es inestable. ANÁL EN LA MALLA DEL DEN Por Ley de oltajes de Kirchoff - DD + D + 0 En terminus de la corriente de Dren: DD D + ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

9 i DD D Ecuación de la recta de carga en C.C. En la figura, el punto de operación depende el punto de operación fijado en la curva de transconductancia. EJEMPLO: Encontrar la variación del punto de operación para el circuito mostrado: DD - D 470Ω G MΩ FET N5486 MAX 0mA MN 8mA max 6 min ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

10 OLUCÓN max 0mA mA min 8mA ma.9ma AUTOPOLAZACÓN LK en malla de compuerta G + + i i ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

11 A esta ecuación se le conoce como ecuación de la recta de polarización. Esta recta tiene pendiente negativa y pasa por el origen, como se observa en la siguiente figura: La recta representa una pequeña y proporciona un elevado valor de g m, ideal para una buena ganancia de corriente, la desventaja es la inestabilidad debido a los cambios en los parámetros del JFEt, como puede observarse. La recta ofrece las mejores condiciones tales que no compromete la inestabilidad y los valores de transconductancia, es decir, no se sacrifican una u otra. La recta produce buena estabilidad del punto de operación, sin embargo produce valores de g m bajos que se traducen en una baja ganancia de corriente. Generalmente muchos diseñadores optan por el tipo de polarización dado por la recta Este tipo de polarización es mejor que la polarización fija ya que el punto de operación es más estable. En la recta la puede llamarse óptima ya que esta recta pasa por el centro de una de las curvas de transconductancia. óptima puede calcularse: Las coordenadas del punto de operación cuando se presenta óptima es: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

12 Estas ecuaciones pueden demostrarse a partir del siguiente análisis: i Normalizando: i i el punto de operación esta a la mitad de la curva entonces: esolviendo la ecuación cuadrática: i K K ( ) K K + K K 3K + 0 K Como: K 0.38 K.48 i K ó i K Y como i < entonces la solución es: K El mismo razonamiento se obtiene para ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

13 ANÁL EN LA MALLA DE DEN LK en malla de compuerta + v + 0 DD D ( ) i + + v DD D i DD D v + A esta ecuación se le conoce como ecuación de la recta de carga en C.C. EJECCO: Polarizar el FET de la figura de tal modo que el punto de operación se ubique a la mitad de la curva de transconductancia y a la mitad de la recta de polarización. Calcular además el valor de g en el punto de operación. m olución: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica 4Ω 0Ω

14 D D La coordenada del punto Q cuando se elige s óptima es: D D D mA 5.35mA DD ( 5.35mA) D 900Ω G se propone de un valor de tal modo que se aproveche la alta impedancia del JFET. En este caso se propone de: g g m m G MΩ ( ma) ( 3) 4 g m 5768µ.5 3 POLAZACÓN PO O DE OLTAJE Para simplificar el análisis en la malla de compuerta encontraremos el circuito equivalente de Thévenin para facilitar. ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

15 LK en malla de compuerta: + G + v + 0 v + i i v Esta ecuación representa la ecuación de la recta de polarización. Esta ecuación puede escribirse como: i + Es una recta con pendiente negativa y con la ordenada en el origen a en la figura: como se observa ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

16 De la figura puede observarse que este tipo de polarización es mejor que las dos anteriores debido a que es menor, sin embargo para conseguir esto es necesario aplicar valores elevados de DD para que sea lo más grande posible y asi el punto de operación sea más estable. ANÁL EN LA MALLA DE DEN DD DD i D + + ( D + ) + DD i + D Esta es la Ecuación de la recta de carga EJECCO: Polarizar un JFET por divisor de tensión y de tal modo que se cumplan los siguientes datos: Punto de operación a la mitad de la recta de carga y a la mitad de la curva de transconductancia, el voltaje de alimentación DD y calcular el valor de g m en el punto de operación. olución: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

17 e elige arbitrariamente mA.9 s 3.9 s 3.06mA s 78Ω D DD mA D 683Ω G Eligiendo MΩ G DD. MΩ DD G 6MΩ EJECCO: Para cada uno de los circuitos de polarización con FET, determinar el punto de operación. a) olución: El punto de operación se obtiene analíticamente a partir de la intersección de la curva de transconductancia con la recta de polarización. ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

18 i i s igualando ambas ecuaciones obtenemos el punto de operación. s s + s Esta ecuación tiene analogía con: ax donde c x + bx + c a b s esolviendo la ecuación cuadratica: ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica 0.604

19 0.604 ± ( 0.604) 4( 0.065) ( 0.065). Este último valor de es el correcto ya que para el otro, el canal estaría cerrado por completo e 0. s s. 767mA o de otra manera 8mA mA g m g m 880µ ( s) DD D + b) DATO DD 6mA 3 OFF rds 5KΩ 00KΩ MΩ KΩ D.6KΩ rs 50Ω.KΩ L ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

20 La curva de transconductancia es: i La recta de polarización es: i s igualando ambas ecuaciones para encontrar el punto de operación: s s + eacomodando: ax a + bx + c + s b s c c 0.88 s DD ± ( 0.833) 4 ( 0.88) ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

21 s (.6). 5mA ( s) DD D g m g m 45µ ng. José Manuel Glez. ojas Notas de la Clase de Electrónica

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