CARACTERÍSTICAS DEL FET EN DC.

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1 Electrónica I. Guía 10 1 Facultad: Ingeniería. Escuela: Electrónica. Asignatura: Electrónica I. Lugar de ejecución: Fundamentos Generales (Edificio 3, 2da planta). CARACTERÍSTICAS DEL FET EN DC. Objetivos específicos Determinar las curvas características de un FET. Determinar el punto de operación del FET y el valor de la transconductancia. Obtener la relación entre RDS y VDS. Verificar el funcionamiento de un circuito atenuador con FET. Materiales y equipo 1 Unidad PU-2000 con PU Tarjeta DEGEM EB Osciloscopio de doble trazo. 1 par de puntas para osciloscopio. 1 par de puntas para multímetro. 1 par de puntas para PU. 2 Puentes para tarjetas DEGEM. Introducción Teórica El FET es un dispositivo por medio del cual se puede controlar una corriente de salida llamada corriente de drenaje (I D ), mediante un voltaje de entrada llamado voltaje compuerta-fuente (V GS ). La idea es aplicar un voltaje negativo entre la compuerta y la fuente, lo cual polariza inversamente la compuerta. El voltaje de la compuerta a la fuente controla la corriente que pasa entre la fuente y el drenaje de tal forma que cuanto más negativo es el voltaje de la compuerta a la fuente más pequeña se hace la corriente. La resistencia de entrada de un FET se aproxima idealmente al infinito, lo cual puede ser una ventaja; pero el control de la corriente de salida es menor.

2 2 Electrónica I. Guía 10 CONCEPTOS BASICOS 1. Para mantener una corriente de carga constante, el voltaje de carga debe crecer al aumentar la resistencia de carga y disminuir al reducirla. 2. Los amplificadores con JFET usualmente tienen menor ganancia de voltaje que el transistor bipolar BJT. 3. I DSS es el valor máximo de la corriente de drenaje y ocurre cuando la compuerta está cortocircuitada al surtidor, es decir cuando VGS=0. La característica I DSS de un FET determina su nivel de corriente constante. 4. La impedancia de la fuente de corriente constante es alta con respecto a la carga. 5. El voltaje V DS de drenaje-fuente debe exceder el voltaje de estrangulamiento V P o V GS (OFF) (Valor de V GS cuando la corriente de drenaje disminuye hasta llegar al corte) para que el JFET mantenga una corriente de carga constante. Una fuente ideal de corriente constante suministra un valor fijo de corriente constante suministra un valor fijo de corriente a una impedancia de carga variable. En la práctica, esto se aproxima utilizando una fuente de voltaje-corriente que tiene una impedancia de salida muy alta con respecto al rango de impedancia en el que varia la carga. Toda variación en la impedancia de carga provoca entonces muy poco cambio en la carga de la fuente; el resultado es un flujo de corriente a través de la carga que permanece esencialmente constante. Cualquier variación recibe un suministro constante de corriente debido a las características del JFET. El voltaje a través de la carga cambia con la resistencia, lo que queda compensado por un cambio opuesto en la caída de voltaje a través de Q1; por ejemplo, si disminuye la resistencia de carga, el voltaje a través de la carga debe disminuir para que la resistencia de esta se mantenga constante. La caída de voltaje a través de Q1 debe aumentar en este caso. Si aumenta la resistencia de carga, debe aumentar el voltaje a través de la misma, lo que produce una menor caída a través de Q1. En otras palabras, la suma de las caídas de voltaje a través de la carga y Q1 debe ser igual al voltaje aplicado en todo momento. Procedimiento PARTE I. CURVAS CARÁCTERISTICAS. 1. Coloque la tarjeta EB-112 introduciéndola por las guías del PU-2000 hasta el conector.

3 Electrónica I. Guía Busque el circuito que contiene a Q1 en la tarjeta y arme el circuito de la Figura 1. Figura Para llenar los datos de la Tabla 1, primero ajuste V GS = 0 (señal en Canal1) ajustando la fuente PS-2 a cero (no lo modifique hasta completar la primera fila). Varíe V DS (señal en canal 2) ajustando PS-1 para obtener los valores de tensión indicados en la Tabla 1. Mida y anote los valores de corriente de drenaje I D para cada caso. USE LA ESCALA DE 20 ma.

4 4 Electrónica I. Guía 10 V DS (V) I D (ma) V GS (V) Tabla 1. Las características de drenaje. 4. Reduzca PS-1 a cero y repita el paso 3 para los otros valores de V GS y complete la Tabla Ajuste tanto PS-1 como PS-2 a 0.0 V y mida la corriente de dreno. 6. Comience a incrementar el valor de PS-1 (note que I D debería incrementarse también). Tome nota del valor máximo alcanzado llamado I DSS 7. Reduzca el valor de PS-2 (hágalo más negativo) y observe el efecto sobre I D (debería ir reduciéndose también) hasta hacerse 0.0 μa. Tome nota del valor mínimo de VGS llamado V P. Para hacer esta medición cambien progresivamente la escala del amperímetro hasta llegar a 200 μa. I DSS = ma V P = V PARTE II. LA TRANSCONDUCTANCIA (gm) 8. Desarme el circuito anterior. 9. Ajuste la frecuencia del generador de señales a 1kHz y la amplitud 100mVp-p. 10. Ajuste la fuente PS-2 a cero voltios. 11. Implemente el circuito de la Figura Ajuste PS-1 para obtener I D = I DSS de su FET. 13. Conecte la señal alterna en el borne Vin2 que está ubicado a la izquierda del capacitor C2.

5 Electrónica I. Guía 10 5 Figura Mida la tensión de drenaje (V DS ) con acoplamiento de AC y la tensión de compuerta que la causa. Ven = mvp-p VDS = mvp-p Nota: El valor de V DS difiere para cada FET debido a la dispersión de características 15. Calcule la transconductancia con la ecuación 1: V DS gm= Ven R2, Donde R 2 = 2.2k. (Ecuación 1) gm= Nota: Dado que se está calculando gm para V GS = 0, se le denomina gmo. PARTE III. RESISTENCIA DEL CANAL (R DS ) 16. Desarme el circuito anterior.

6 6 Electrónica I. Guía Mida el valor de R3 = 18. Ajuste la fuente PS-1 a 1V. 19. Implemente el circuito de la Figura 3. Figura En el siguiente espacio dibuje el circuito que ha implementado, eliminando todos los elementos de la Figura 3 que no se involucra con el montaje. 21. Mida la tensión de drenaje V DS (Multímetro) y anótela en la Tabla 2.

7 Electrónica I. Guía Repita las mediciones para los otros valores de PS-1. V PS-1 (V) V DS (mv) R DS (on) Tabla 2. Medición de la resistencia del canal. 23. Calcule la resistencia de conducción R DS (on) utilizando la siguiente expresión R DS on = R3 V DS Ven V DS, Donde R 3 = 10k. (Ecuación 2) PARTE IV. EL ATENUADOR 24. Desconecte PS-1 de R Ajuste V GS (PS-2) a 0.0 V. 26. Modifique el circuito como se muestra en la Figura Ajuste una onda senoidal de 1kHz y 200mVp-p con un offset de 100mV. 28. Conecte la señal en el borne etiquetado Vin1 (extremo izquierdo de R3).

8 8 Electrónica I. Guía 10 Figura Mida las tensiones de drenaje V DS para las distintas tensiones de V GS que se mencionan en la Tabla 4 y anótelas en la misma Tabla. Use el acople AC. V GS (V) V en (mv) V DS (mv) Tabla 3. Mediciones en el atenuador.

9 Electrónica I. Guía 10 9 Se observa distorsión en las señales? 30. Ajuste Vin1 a 3Vp-p con 1.5V de offset. Cambie V GS de 0V a 5V y observe el efecto en V DS a medida que se cambia V GS. Se observa distorsión en las señales? Si su respuesta es afirmativa determine el valor de VGS desde donde comienza a generarse la distorsión. Análisis de Resultados 1. Tomando como base los datos obtenidos en la Tabla 1 complete la Tabla 4. VGS(V) ID(mA) VDS(V) Tabla 4. Característica de transferencia 2. Tomando como referencia la Figura 5.15 del texto de la asignatura grafique la información de las Tablas 1 y En el paso 15 aplicó la ecuación 1 para determinar gm (en realidad fue gmo dado que sus mediciones se hicieron con VGS=0V). En el texto de la asignatura (páginas 463 ecuación 9.3 y página 464 ecuación 9.5) se mencionan otras expresiones para gm. Explique como están relacionadas. 4. En la Tabla 2 se da un cambio de tendencia en el valor de R DS cuál es ese cambio?, en qué valor se da el cambio? por qué ocurre? 5. En la Tabla 3 hay una relación lineal entre VGS y VDS? por qué? Bibliografía DEGEM SYSTEMS Curso EB-112 Fundamentos de los semiconductores II, Segunda edición. I.T.S Inter Training Systems Ltd Boylestad, R - Nashelsky, L, Electrónica: Teoría de Circuitos y dispositivos electrónicos, sexta edición PRENTICE HALL 1999

10 10 Electrónica I. Guía 10 Hoja de cotejo: 10 Guía 10: Características del FET en DC. Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIENTO 35 Conocimiento deficiente de los siguientes fundamentos teóricos: APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO -Constitución del JFET. -Modos de funcionamiento del JFET. -Curvas características del JFET. 60 Cumple sólo con uno o ninguno de los siguientes criterios: -Determina la curva VGS-ID del JFET. -Encuentra el punto de operación del JFET. -Determina la transconductancia del JFET. ACTITUD 2.5 -Es un observador pasivo. TOTAL Es ordenado pero no hace uso adecuado de los recursos. Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos. Cumple sólo con dos de los criterios. -Participa ocasionalmente pero sin coordinarse con su compañero. -Hace uso adecuado de los recursos de manera segura, pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos. Cumple con los tres criterios. -Participa de forma propositiva e integral en toda la práctica. -Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos de acuerdo a pautas de seguridad e higiene.