Practica 3 Campos y Ondas Electromagneticas IPN ESIME ICE
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tipo I control de contaminacion ambiental
Descripción a detalle sobre transistor JFETDescripción completa
Penjelasan mengenai JFETDeskripsi lengkap
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Fenomenos de Polarizacion Corrosion
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI
INGENIERÍA ELECTRÓNICA Electrónica Analógica I
551 - M
Ing. Lourdes Maldonado López
TIPOS DE POLARIZACIÓN DEL FET
ERIC OMAR HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ 083112059
10 Enero del 2011
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI
TIPOS DE POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNIÓN J-FET Algunas de las formas típicas de polarización de un JFET son las siguientes: -
POLARIZACIÓN FIJA O DE COMPUERTA AUTOPOLARIZACIÓN POLARIZACION POR DIVISIÓN DE VOLTAJE POLARIZACION POR FUENTE DE CORRIENTE POLARIZACIÓN FIJA
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. ANÁLISIS El voltaje en la compuerta siempre será negativo respecto al Terminal de Source en jun JFET de canal N: V GS = V G (+) – V S (-)
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI ANÁLISIS EN LA MALLA DE COMPUERTA Ley de Voltajes de Kirchoff en malla de compuerta. +V GG + V RG + V GS = 0
Como se supone que la unión compuerta-fuente esta polarizada inversamente, entonces significa que no existe corriente y por lo tanto V RG = 0 V GS = -V GG
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 I DSS y VGS 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 (IDSQ, VDSQ) bastante es inestable. ANÁLISIS EN LA MALLA DEL DREN Por Ley de Voltajes de Kirchoff -V DD + V RD + V DS = 0
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI En terminos de la corriente de Dren: V DD = I DS RD + V DS
iDS =
V DD
−V DS
R 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:
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VDD = 12V VGG = -1V RD = 470Ω RG = 1MΩ
FET 2N5486
I = 20 mA DSSMAX I = 8 mA DSSMIN V GSoff = −6V VGSoff = −2V max
min
SOLUCION
2
−1 = 13 .89 mA I DSQmax = 20mA 1 − − 6 2
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+V GS +V RS = 0 V GS + RS iDS = 0
V RG
i DS
=−
V GS RS
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 RS 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 RS puede llamarse óptima ya que esta recta pasa por el centro de una de las curvas de transconductancia.
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RS
óptima puede calcularse:
=
RS
V GSoff I DSS
Las coordenadas del punto de operación cuando se presenta I DSQ
V GSQ
RS
óptima es:
0.382 I DSS = 0.382 V GSoff =
Estas ecuaciones pueden demostrarse a partir del siguiente análisis: 2
= I DSS 1 − V GS V GSoff
i DS
Normalizando:
i DS I DSS
2
V = 1 − GS V GSoff
Si el punto de operación esta a la mitad de la curva entonces: i DS
=
I DSS
V GS
K
=
V GSoff ∴
K = (1 − K )
2
K = 1 − 2 K + K 2 2
K
− 3 K + 1 = 0
Resolviendo la ecuación cuadrática: K 1 K 2
Como: K =
i DS I DSS
ó Y como
i DS
<
I DSS
= −0.382 = 2.48 i DS
= K I DSS 1
entonces la solución es:
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI .
=0.382
K 1
El mismo razonamiento se obtiene para V GSQ
= 0.382
V GSQ
V GSoff
ANÁLISIS EN LA MALLA DE DREN LVK en malla de compuerta −V
V
V
DD
=i
DD
+v
DS
(R
D
RD
DS
i DS =
V
0 + V RS =
+R −v
DD
)
S
+v
DS
DS
R D + RS
A esta ecuación se le conoce como ecuación de la recta de carga en C.C.
EJERCICIO: 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 m en el punto de operación.
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SOLUCIÓN: R S
RS
=
V GSoff I DSS
= 214 Ω ≈ 220 Ω R D
=
V RD I DSQ
La coordenada del punto Q cuando se elige Rs óptima es: = 0.382 I DSS = 5.35 mA V GSQ = −1.15V V −V DSQ −V RS V ∴ R D = RD = DD I DSQ
I DSQ
R D
=
12
I DSQ
− 6 − 220 ( 5.35 mA ) 5.35 mA
R D
= 900 Ω
se propone de un valor de tal modo que se aproveche la alta impedancia del JFET. RG
En este caso se propone de: RG
= 1M Ω
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g m g m
V GS 1 − V V − GSoff GSoff ( mA ) − 1.5 = 2 14 1 − − ( − 3) − 3 =
2 I DSS
g m
= 5768 µ S
POLARIZACIÓN POR DIVISOR DE VOLTAJE
Para simplificar el análisis en la malla de compuerta encontraremos el circuito equivalente de Thévenin para facilitar.
LVK en malla de compuerta:
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−V + V
+v
RG
+ V
GS
VGG = vGS + RS iDS
i DS =
=0
RS
V GG − vGS RS
Esta ecuación representa la ecuación de la recta de polarización. Esta ecuación puede escribirse como: i DS
=−
1
RS
V GS
+
V GG RS
Es una recta con pendiente negativa y con la ordenada en el origen a
V GG RS
como
se observa en la figura:
De la figura puede observarse que este tipo de polarización es mejor que las dos anteriores debido a que ∆ I DSQ es menor, sin embargo para conseguir esto es necesario aplicar valores elevados de V DD para que V GG sea lo más grande posible y asi el punto de operación sea más estable.
ANÁLISIS EN LA MALLA DE DREN
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V DD V DD
= V RD + V DS + V RS = i DS ( R D + RS ) + V DS i DS
=
− V DS RS + R D
V DD
Esta es la Ecuación de la recta de carga
EJERCICIO: 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 V DD = 12V y calcular el valor de g m en el punto de operación.
SOLUCIÓN: Se elige arbitrariamente
V GG
=2V
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= 0.382 I DSS = 3.06 mA = 0.382 V GSoff = −1.91V V −V GSQ = GG
I DSQ V GSQ I DSQ Rs
=
V GG
Rs −V GSQ
I DSQ
Rs
R D
=
V DD
−V DSQ −V RS
1−
3.06 mA
= 12 − 6 − 3.91V
I DSQ
RG V GG
3 .91V
= 1278 Ω 3.06 mA
= 683 Ω
R D
R1 =
=
Eligiendo RG = 1M Ω
V DD R1
R2
=
V DD V GG
= 1.2 M Ω
RG R2
= 6 M Ω
EJERCICIO: Para cada uno de los circuitos de polarización con FET, determinar el punto de operación.
a)
SOLUCIÓN: El punto de operación se obtiene analíticamente a partir de la intersección de la curva de transconductancia con la recta de polarización.
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i DS i DS
V = I DSS 1 − GS V GSoff V − V GS = GG
2
Rs
igualando ambas ecuaciones obtenemos el punto de operación. V GG
− V GSQ Rs
V GG
− V GSQ
RsI DSS 1
V GSoff
V GSQ 2
=1− 2
V = I DSS 1 − GSQ V GSoff 2V GSQ
V GSoff
+
V GSQ V GSoff
1 2 + − RsI DSS V GSoff
Esta ecuación tiene analogía con:
2
2
2
V GSQ + 1 = 0
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTITLAN IZCALLI + bx + c
ax 2
donde a
=
b
=
1
V GSoff
2
1
RsI DSS
1
=
16
−
= 0.0625 2
= 0.604
V GSoff
=1 x = V GSQ Resolviendo la ecuación cuadratica: − 0.604 ± ( − 0.604 ) − 4( 0.0625 ) V GSQ = c
2
2( 0.0625
V GSQ 1
)
= −7.546 V V GSQ
2
= −2.12
Este último valor de V GSQ es el correcto ya que para el otro, el canal estaría cerrado por completo e I DSQ = 0 . I DSQ
=
V RS Rs
=
−V GSQ Rs
I DSQ
=1.767
mA
o de otra manera 2
− 212 = 8mA 1 − − 4
I DSQ
I DSQ
g m
=
=1.767
2 I DSS
−V GSoff g m
mA
V GSQ 1 − V GSoff
= 1880 µ S V DSQ
b) V DSQ
= 4.05
= V DD − I DSQ ( R D + Rs )
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DATOS V DD = 12V I =6
DSS
VGS
mA
= −3V
OFF
rds = 25 K Ω R1 = 100 K Ω R2 = 1M Ω RS = 1K Ω R D = 1.6 K Ω rs = 50Ω R L = 1.2 K Ω
La curva de transconductancia es:
= I DSS 1 − V GS V GSoff
i DS
2
La recta de polarización es: i DS
=
V GG
− V GS
Rs
igualando ambas ecuaciones para encontrar el punto de operación:
−V GSQ
V GG
Rs
−V GSQ
V GG
I DSS Rs
Reacomodando: 1
V GSoff ax 2 a
=
2
V GSQ
2
V GSoff
2
=1 −
2V GSQ
V GSoff
1 2 + − RsI DSS V GSoff
+bx + c 1
V = I DSS 1 − GSQ V GSoff
=
1 9
+
2
V GSQ V GSoff
2
2
V GSQ +1 − V GG = 0 I DSS RS
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