CARACTERISTICAS DEL JFET.

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1 Electrónica I. Guía 10 1 / 10 CARACTERISTICAS DEL JFET. Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica I. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales (Edificio 3, 2da planta, Aula 3.21). Objetivos generales Comparar el comportamiento del Transistor de Efecto de Campo (JFET) con las predicciones que entregan los modelos lineales del dispositivo. Verificar si los datos determinados experimentalmente concuerdan (de forma aceptable) con los que proporcionan los fabricantes (Usar criterios técnicos de comparación). Emplear el equipo de laboratorio y los dispositivos electrónicos utilizando criterios técnicos de seguridad. Objetivos específicos Trazar la familia de curvas características del JFET: ID vrs. VDS e ID vrs VGS. Graficar la relación RDS vrs. VDS cuando VGS = 0.0 V. Determinar de forma experimental la frontera entre la zona de operación Óhmica y la zona de Saturación si VGS = 0.0 V. Determinar de forma experimental el valor de los parámetros IDSS, (VGS)off y transconductancia (Gm) cuando VGS = 0.0 V (Gmo). Identificar las diferentes zonas de operación del JFET en sus curvas características. Materiales y equipo 1 Unidad PU-2000 con PU Placa DEGEM EB Osciloscopio de doble trazo. 2 cables de conexión para osciloscopio. 2 Cables de conexión para el multímetro. 4 Cables de conexión para el PU Introducción Teórica El transistor de efecto de campo (FET) es un dispositivo de tres terminales que se utiliza en varias aplicaciones que coinciden, en gran medida, con las del transistor BJT. Las diferencias principales entre los dos tipos de transistor radican en el hecho de que: El

2 2 / 10 Electrónica I. Guía 10 transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente, mientras que el transistor JFET es un dispositivo controlado por voltaje. Así como hay transistores bipolares npn y pnp, también existen transistores de efecto de campo de canal n y de canal p. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el transistor BJT es un dispositivo bipolar; el prefijo bi indica que el nivel de conducción es una función de dos portadores de carga, electrones y huecos. El FET es un dispositivo unipolar que depende no sólo tanto de la conducción de electrones (canal n) como de la condición de huecos (canal p). Una de las características más importantes del FET es su alta impedancia de entrada. Figura 1: Transistor de efecto de campo de unión (JFET). La variación de la corriente de entrada, en general, es mucho mayor para los BJT que para los FET con el mismo cambio del voltaje aplicado. Por esta razón: Las ganancias de voltaje de ca típicas para amplificadores de BJT son mucho mayores que para los FET. En general: Los FET son más estables a la temperatura que los BJT, y en general son más pequeños que los BJT, lo que los hace particularmente útiles en chips de circuitos integrados (CI). La corriente máxima se define como IDSS y ocurre cuando VGS _ 0 V y VDS _ Vp. Para los voltajes de la compuerta a la fuente VGS menores que (más negativos que) el nivel de estrangulamiento, la corriente de drenaje es de 0 A (ID = 0 A). Para todos los niveles de VGS entre 0 V y el nivel de estrangulamiento, la corriente ID oscilará entre IDSS y 0 A, respectivamente. Se puede desarrollar una lista similar para JFET de canal p.

3 Electrónica I. Guía 10 3 / 10 Procedimiento PARTE I. CURVAS CARACTERISTICAS DEL JFET. 1. Antes de iniciar la actividad asegúrese que el entrenador PU-2000 se encuentra desactivado, además todos los controles se encuentran apagados o ajustados a su posición mínima. 2. Asegúrese que el osciloscopio está calibrado de forma correcta, para evitar atrasos futuros. 3. Ubique en la placa EB-112 el bloque que contiene al transistor Q1, este se encuentra en la parte izquierda de la placa EB Observe detenidamente la figura 2 y en el espacio en blanco redibuje el circuito que utilizará, pero eliminando todos los componentes que no intervienen en la operación. Figura 2. (a) Circuito de prueba y (b) circuito redibujado. 5. Tome nota del código que identifica al transistor Q1 =. 6. Tome nota del valor teórico y experimental del resistor R4 =. 7. Asegúrese que las fuentes de alimentación PS-1 y PS-2 están calibradas al nivel mínimo. 8. Introduzca la placa EB-112 en el bastidor PU-2000 y déjela firmemente sujeta al conector. 9. Conecte tanto el resistor R4 como la Fuente (surtidor) del JFET a GND.

4 4 / 10 Electrónica I. Guía Conecte el Amperímetro como se muestra en la Figura 2a, utilizando la escala máxima de mili-amperios. 11. Incremente lentamente el valor de PS-1, observando como ld aumenta, continúe hasta que la lectura llegue al máximo (ya no aumente). (I D) max = 12. Incremente el valor de PS-2 (por el lado negativo), observando como l D se reduce, continúe hasta que la lectura llegue al mínimo. NOTA: Será necesario que cambie la escala del Amperímetro mientras hace esta medición. 13. Usando el Osciloscopio mida el valor de VG, como lo indica la figura 2a (canal 1) y tome nota de este valor. V GS = Con qué parámetros del JFET se relacionan las dos mediciones anteriores? 14. Ajuste las fuentes PS-1 y PS-2 al mínimo. 15. Conecte los dos canales del osciloscopio (utilice acople de DC). 16. Utilizando un cable o puente sustituya al amperímetro en el dreno del JFET. 17. Coloque las referencias de voltaje del Osciloscopio (0.0 V) de manera estratégica para hacer lecturas optimas, tomando en cuenta que el voltaje de compuerta (V G) es negativo y el de Dreno (VD) es positivo. 18. Asegúrese que la lectura de VGS es cero, si tiene dificultades consulte con su instructor. 19. Ajuste PS-1 hasta lograr que VDS sea de 2.0 V. 20. Desconecte el osciloscopio, sustituya el puente del dreno por el amperímetro para medir ID y anote el dato en la casilla respectiva de la primera fila de la Tabla Repita los pasos anteriores para los otros valores de VDS indicados en la Tabla1, asegurándose que los medidores NUNCA estén conectados de forma simultánea al circuito (VGS debe mantenerse a 0.0 V). 22. Repita el procedimiento anterior ( desde el paso 17) para los otros valores de VGS hasta completar l Tabla 1. NOTA: Si las lecturas de ID le reportan un valor de 0.0 ma llame a su instructor de laboratorio. 23. Desensamble el circuito calibre PS-1 y PS-2 al mínimo.

5 Electrónica I. Guía 10 5 / 10 VDS(V) VGS(V) ID(mA) Tabla 1. PARTE II. RESISTENCIA DEL CANAL. 24. Observe detenidamente la figura 3 y en el espacio en blanco redibuje el circuito que utilizará, pero eliminando todos los componentes que no intervienen en la operación. 25. Tome nota del valor teórico y experimental del resistor R3 =. 26. Conecte tanto el resistor R4 como la Fuente (surtidor) del JFET a GND, como se muestra en la figura Conecte el resistor R3 a PS-1, tal como se muestra en la figura Conecte los canales del Osciloscopio a la Compuerta y al Dreno del JFET para medir sus voltajes. 29. Ajuste PS-1 a 1.0 V. 30. Mida VDS y anótelo en la casilla correspondiente de la Tabla Ajuste PS-1 para los otros valores de la Tabla 2 y complete la columna VDS. 32. Desensamble el circuito, calibre PS-1 y PS-2 al mínimo. PS-1 (V) VDS (V) RDS (Ω) Tabla 2.

6 6 / 10 Electrónica I. Guía 10 Figura 3. (a) Circuito de prueba y (b) circuito redibujado PARTE III. TRANSCONDUCTACIA Gm. 33. Ajuste el Generador de Señales del PU-2000 para entregar una onda senoidal de 1.0 khz y 100 mvpp. 34. Tome nota del valor teórico y experimental de R2 =. 35. Ajuste PS-2 a 0.0 V y utilizando un puente o un cable conéctela a R Conecte la Fuente (surtidor) del JFET a GND. 37. Utilizando el Amperímetro conecte R2 con el Dreno del JFET (Use la escala máxima de mili- Amperios). 38. Incremente PS-1 hasta que obtenga la corriente máxima de Dreno. 39. Sustituya el Amperímetro por un puente o cable de conexión. 40. Conecte la onda senoidal al capacitor C2, en el borne etiquetado como Vin Conecte los canales del Osciloscopio en Vin2 y en el Dreno del JFET. 42. En el siguiente espacio de la Figura 4 dibuje el circuito que ha implementado.

7 Electrónica I. Guía 10 7 / 10 Figura 4. Circuito de prueba para determinar la Transconductancia Gm. 43. Observe (solo) la señal en el Dreno del JFET, realizando TODOS los ajustes necesarios para obtener información útil, pero no cambie el Acople de DC. 44. Dibuje la señal que observa en el Osciloscopio a partir de la figura 5a, indicando en el trazo la posición de la referencia de voltaje (0.0 V), así como los valores máximos y mínimos de la señal que observa. NOTA: Si no incluye esta información el trazo se considerará incorrecto. 45. Cambie el acople del Osciloscopio a AC y reajuste el instrumento para obtener información útil. 46. Mida el valor del Voltaje pico a pico en el Dreno del JFET. (VDS)pp = 47. En el Osciloscopio observe, de forma simultánea, las señales de entrada y del Dreno de JFET (realice los ajustes necesarios). 48. En la Figura 5b dibuje las señales que observa, indicando en el trazo la posición de la referencia de voltaje (0.0 V), así como los valores máximos y mínimos de la señal que observa. NOTA: Si no incluye esta información el trazo se considerará incorrecto. 49. Desconecte el circuito y deje ordenado su puesto de trabajo.

8 8 / 10 Electrónica I. Guía 10 (a) (Canal 1) VOLT/DIV = (Canal 2) VOLT/DIV = TIME/DIV = (b) (Canal 1) VOLT/DIV = (Canal 2) VOLT/DIV = TIME/DIV = Figura 5. (a) Voltaje en el Dreno del JFET con acople de DC y (b) Señales de entrada y Dreno con acople de AC. Investigación complementaria Tomar nota de los datos técnicos que provee el manual impreso ECG ó NTE del JFET utilizado en la sesión de práctica. La manera de determinar Gmo con la información que le proporciona la tercera parte del procedimiento. Análisis de Resultados 1. Utilizando los datos de la Tabla 1 trace (en un mismo gráfico) la familia de curvas del JFET. 2. Complete la información de la Tabla 2 dejando constancia de los cálculos que realiza (por lo menos un ejemplo representativo). 3. Tomando datos de la Tabla 1 complete la Tabla 3.

9 Electrónica I. Guía 10 9 / 10 VGS(V) VDS(V) Tabla 3. ID(mA) 4. Utilizando los datos de la Tabla 3 trace gráficas de ID vrs. VGS, para valores diferentes de VDS (por lo menos dos). 5. Utilizando los datos de la Tabla 2 trace la gráfica RDS vrs. VDS. 6. Usando los datos de la tercera parte del procedimiento determine el valor de Gm. 7. Utilizando un modelo lineal del JFET calcule datos útiles para comparar con las mediciones realizadas. 8. Realice la simulación en Qucs para obtener las familias de curvas de la parte I de la guía de laboratorio. Figura 6. Circuito a simular.

10 10 / 10 Electrónica I. Guía Simule en Qucs el circuito amplificador a transistor JFET de canal P, mostrado en la figura 6. Calcule: Ganancia de corriente (Ai) Resistencia de entrada (Rin) La máxima excursión de voltaje a la salida y El voltaje máximo a la entrada del amplificador para que no exista distorsión en la salida. Bibliografía Hayt, W. Kemmely, J. Análisis de circuitos en ingeniería, séptima edición, MCGRAW HILL Boylestad, R - Nashelsky, L, Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos, sexta edición. PRENTICE HALL Enlaces electrónicos: plications.pdf