Laboratorio de Electrónica Lineal

Transcripción

1 José Miguel Carrera Laboratorio de Electrónica Lineal Polarización del MOSFET Objetivos o Establecer punto de operación y recta de carga estática de un MOSFET (IRF 640 o MTP10N) o Comprobar el efecto producido por la variación de valores de elementos del circuito I. Simulación: Diseñe y simule los puntos del Procedimiento de Laboratorio. II. Procedimientos de Laboratorio: Antes de comenzar hay que destacar que las características de transferencia del MOSFET de tipo incremental son diferentes al del JFET y a la de los MOSFET de tipo decremental. Lo primero que hay que tener claro es que el MOSFET de tipo incremental de canal n cuando: VGS < VGS (Th) (tensión de umbral) la ID = 0A, pero si VGS > VGS (Th) la ID se definirá mediante: Como las hoja técnicas proporcionan los datos de VGS(Th), ID y VGS(on) se podrán definir dos puntos de inmediato como lo muestra la grafica 1. de las características de transferencia de un MOSFET de tipo incremental Gráfica 1: Características de transferencia de un MOSFET de tipo incremental. Pero para lograr la gráfica 1 se necesitará determinar la constante K, despejando la ecuación anterior, quedando así la una expresión para obtener K. 1

2 Una vez definida la constante se pueden calcular los niveles de ID para distintos VGS. Lo siguiente será polarizar dos arreglos de red: A. POLARIZACIÓN POR RETROALIMENTACIÓN Analizando: Según esta configuración RG proporciona un voltaje grande a la gate como para encender el mosfet. Recuerde que el mosfet estará encendido cuando VGS > VGS (Th). Debido a que IG=0A y VRG = 0v, la red equivalente de dc será como aparece en la figura 2..V DD R G Figura 1. Ahora que existe conexión directa entre Drain y Gate se dice que: VD = VG y VDS = VGS 2

3 V DD I D G V GS D V DS S Figura 2. Para el circuito de salida VDS = VDD ID*RD y como VDS = VGS, la ecuación anterior queda: VGS = VDD ID*RD (ecuación de una línea recta) Debido a que VGS = VDD ID*RD es la ecuación de una línea recta, se calcularán dos puntos que definirán el trazo sobre la gráfica. Punto 1: Sustituyendo ID=0 en la ecuación de la recta de carga VGS = VDD ID*RD VGS = VDD 0*RD VGS = VDD (con ID=0) Punto 2: Sustituyendo VGS =0 se tiene VGS = VDD ID*RD 0 = VDD ID*RD ID= VDD / RD (con VGS =0) Las gráficas definidas tanto de características de transferencia como de línea recta aparecen en gráfico 2. 3

4 I D V DD / I DQ V GS(Th) V GSQ V DD V GS Grafico 2 La intersección producida por ambas gráficas se le conoce como punto Q, del cual se desprende el IDQ y VGSQ. 1. Para el mosfet incremental IRF 640 determine: a) Curva ID v/s VGS b) Características ID(on), VGS (on) y VGS (Th) 2. Calcule el valor de los elementos del circuito de la figura 3 para obtener el punto de trabajo en base a los valores resultantes en el punto 1, tal que IDQ = 0.5A. V DD R G D G S Figura 3 o Con el IDQ obtengo VGSQ mediante la ecuación: 4

5 o Con IDQ y VGSQ calcule el valor de RD Si es necesario utilice el criterio VDS = VDD/2 o RG debe ser de valor alto (MΩ) para no afectar la impedancia de entrada. 3. Mida punto Q. Compare con los valores calculados. Analice resultados. 4. Represente gráficamente, la recta de carga estática y el punto de trabajo en base a: a) valores calculados b) valores medidos B. POLARIZACIÓN MEDIANTE DIVISOE VOLTAJE.V DD Como IG = 0A da por resultado R 1 I D VG = R2 * VDD R1 R2 R 2 V G D V DS G S V GS Figura 4 R S Aplicando LVK tenemos: VG VGS VRS = 0 y VGS = VG VRS o VGS = VG ID*RS (Ecuación recta de carga) Para la sección de salida VRS VDS VRD VDD = 0 y VDS = VDD VRS VRD o VDS = VDD ID(RD RS) Ahora para obtener la recta de carga se debe usar la ecuación VGS = VG ID*RS para determinar dos puntos. Punto 1: Sustituyendo ID = 0, entonces VGS = VG ID * RS VGS = VG 0 * RS VGS = VG (primer punto) 5

6 Punto 2: Asiendo VGS=0v VGS = VG ID * RS 0 = VG ID*RS VG = ID*RS luego ID = VG / RS (segundo punto) A partir de estos puntos se traza la recta de carga sobre la gráfica de las características de transferencia del Mosfet y obtengo el punto Q producto de la intersección. 1. Para el mosfet IRF 640 determine: c) Curva ID v/s VGS d) Características ID(on), VGS (on) y VGS (Th) 2. Calcule el valor de los elementos del circuito de la figura 5 para obtener el punto de trabajo en base a los valores resultantes en el punto 1, tal que IDQ> = 0.3A. Ṿ DD R 1 R 2 V G R S Figura 5 o Con el IDQ obtengo VGSQ mediante la ecuación: o Con IDQ y VGSQ calcule los valores de las resistencias Si es necesario utilice el criterio VDS = VDD/2 o algún otro que estime conveniente. o Recuerde que R1 y R2 sólo están para polarizar la compuerta del IRF 640 y que los valores de estas deben ser altos para no afectar la impedancia de entrada del dispositivo. 6

7 o Calcule además la cantidad de potencia que disipará cada elemento. 3. Mida punto Q. Compare con los valores calculados. Analice resultados. 4. Represente gráficamente, la recta de carga estática y el punto de trabajo en base a: c) valores calculados d) valores medidos 5. Modifique el circuito para desplazar el punto de trabajo hacia la zona de corte y repita el punto Modifique el circuito para desplazar el punto de trabajo hacia la zona de saturación y repita el punto C. CORTE Y SATURACIÓN A continuación se propone un circuito para pasar al elemento IRF640 de corte a saturación. 1. Polarice el circuito de la figura 6 para que pase de corte a saturación. Tal que I Dsat = 1A.V DD R G 0 10 Figura 6 NOTA: Pida los componentes para 1A 2. Mida: a) en corte I D y V DS b) en saturación I D y V DS 3. Trace la recta de carga y ubique el corte y la saturación. 4. Mida el risetime del circuito. Analice y comente resultados. 7