EDITORIAL G.y.V.E.S0X8 637, 3** E, Buenos Aires, Argentina Bacho 1 de{>S8to que indica la LEY 11.723 Dercbo ceservados laqiirMe en la Argentina

SOBRE LOS AITTORES

IttENIERO JOSE MARIA VIRGILI:Actualmente es Director de Ctedra en Electrnica

Aplicada I en la Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad TecnolSgica Nacional. Profesor Titular Ordinario de Electrnica Aplicada I en la Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad Tecnolgica Nacional. Profesor Titular Ordinario de ComputaciSn en la Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad Tecnolgica Nacional. Profesor Titular Interino de Electrnica Aplicada I en la Facultad Regional Avellaneda de la Universidad Tecnolgica Nacional. Profesor Titular de Electrnica II en la E.N.E.T. N 28 dependiente del Consejo Nacional de Educacin Tcnica.

Se ha desempeado anteriormente cono Jefe del Departamento de ElecrnGa en la Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad Tecnolgica Nacional en el perodo comprendido entre los aos 1971 y 1973. Director del Centro de Clculo Regional de la Facultad Regional Buenos Aires, Universidad Tecnolgica Nacional e el perodo comprendido entre los aos 1971 y 1973.

Es autor de diversos Trabajos y Desarrollos Tcnicos, Cientficos y Educativos. La mayora de los mismos han sido presentados en Jomadas y Congresos Nacionales e Internacionales. Han sido publicados por la Universidad Tecnolgica Nacional, Anales del J.A.C.A.C.I., Publicaciones Oficiales de Jomadas,Congresos y Revistas Tcnicas. Es coautor del libro FORTRAN IV, editado por la Fundacin del Libro Tecnolgico.

INGENIERO JUAN MOLNAR:Actualmente es Profesor Adjunt Interino de Electrnica

Aplicada I en la Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad Tecnolgica Nacional. En la Actividad Profesional se desempe en el Desarrollo de Equipos Electrnicos destinados a las reas de Seguridad y de Control en el perodo comprendido entre los aos 1975 y 1979, siendo titular de Patentes de Invencin en el primer rubro. Se especializ en Europa sobre Medicin y Mantenimiento de E- quipos para Localizacin de Fallas en Cables de Media Tensin. Ha diseado E- quipos Electrnicos y Electromecnicos destinados a Localizacin de Fallas;los que actualmente estn en servicio en Empresas de Energa de nuestro pas.

En la actualidad es Titular de una Mpresa dedicada a dicha Especialidad.

EL EDITOR

P R O L O G O

El presente libro responde al nuevo plan de estudios de la Universidad Tec- nolSgica Nacional y su contenido abarca el primer cuatrimestre de la asignatura Electrnica Aplicada I. Por otra parte tambin cubre casi todos los temas de la materia Electrnica I de las Escuelas Tcnicas del CONET en la especialidad de Electrnica. Los autores analizan los temas introduciendo y desarrollando intensivamente los modelos circuitales lineales. Por lo tanto es funda- m ^ t a l para la comprensin del texto conocerla teora de los circuitos elctricos, aunque muchas partes del mismo pueden seguirse teniendo como base un curso de Fsica sobre electricidad y magnetismo. Adems, se requiere el conocimiento, aunque sea bsico, sobre Fsica del Slido. A su vez el nivel de mate- mtic requerido es muy simple. Casi todo el texto puede comprenderse conociendo los fundamentos del lgebra elemental, sin que ello quite rigor a los temas abarcados en el mismo.

Si bien el avance tecnolgico ha modificado y modificar los dispositivos activos, se ha mantenido inalterable la fundamental importancia de emplear los conceptos de modelos circuitales lineales, las leyes de Kirchoff, los teoremas de Norton y Thevenin en el estudio de los dispositivos activos que se comportan en forma analgica. Se usan estas herramientas tanto en el anlisis y diseo de etapas y multietapas con dispositivos activos discretos, como en las que usan dispositivos activos integrados y asimismo en el estudio de circuitos totalmente integrados. Hemos buscado que a continuacin de un tema desarrollado tericamente siempre le siga el ejemplo y/o el problema de aplicacin numrica con el objeto de que el alumno adquiera experiencia en el anlisis y diseo de los circuitos electrnicos y se familiarice con el orden de magnitud de ganancias y niveles de impedancias, entre otros.

En el Captulo I se estudia la aplicacin de seales fuertes haciendo incapie el la estabilidad del punto de reposo. Se analizan los recortes que pueden producirse por dispersin de parmetros del dispositivo activo y por efectos trmicos, Adems se introducen los conceptos de potencia de entrada, potencia de salida y rendimiento. En el Captulo II se analizan monoetapas donde se desarrolla el concepto de los modelos circuitales lineales. Se calculan transferencias e impedancias. En el Captulo III se desarrollan los mismos temas de los Captulos I y II pero usando transistores unipolares. En el Captulo IV se estudian los subcircuitos diterencial y D'Arlington usando dispositivos activos discre- tos o integrados. En el Captulo V se analizan multietapas con especial nfasis en el acoplamiento de continua y en el acoplamiento optico.

Finalmente debemos agradecer la colaboracin y el intercambio de ideas de todos los docentes de la ctedra de Electrnica Aplicada I de las Regionales de Buenos Aires y Avellaneda de la Universidad Tecnolgica Nacional y tambin a los profesores de Electrnica I de la E.N.E.T. N 28 por su contribucin en en la parte didactica. En cuanto a los alumnos, nuestro agradecimiento por la recepcin que tuvo la edicin previa del texto y nuestra esperanza de que el presente t ^ t o ampliado obtenga la misma acogida.

LOS AUTORES

CAPITUL

A M P L I F I C A D O R E S MONOETAPAS CON T R A N S I S T O R E S BIPOLARE

SEALES GRANDE

1 . 1 . INT RODUC CION:

Se supone un conocimiento previo adecuado de TEORIA DE LOS CIRCUITOS y de FISICA DEL ESTADO SOLIDO.

1 . 2 . DIODO DE JUNTU RA :

En la FIGURA 1.1.(a) el diodo est sometido a polarizacin directa. En la FIGURA 1.1.(b) se aplica polarizacin inversa.

Variai^o V s puede obtener la curva esttica del diodo, tal c o d o se observa en las FIGURAS 1.2.(a) y 1.2.(b).Para polarizaci5n directa y para corrientes de hasta 10 mA, la curva del diodo respo^e a:

m

donde:Ig es la corriente de saturacin inversa (del orden del nA para el silicio) como

se observa en la FIGURA 1.2.(b). m es una constante emprica comprendida entre 1 y 2.V = ,T q siendo:q la carga del electrn.K la constante de Boltzman.T la temperatura absoluta.

= 25 6 26 mV para tanperatura ambiente de 25 C.

Para corrientes superiores a 100 mA la caracterstica esttica del diodo tiende a una recta.Para polarizacin inversa, FIGURA 1.1. (b) y 1.2.(b), se observa la corriente de saturacin inversa Ig y cuando la tensin negativa V q se hace lo suficientemente grande se observa la tensin de ruptura By. Alcanzada la tensin By la juntura se deteriora.Los diodos adecuadamente diseados (diodos ZENER) operan en la regin de ruptura.

1 . 2 . 1 . PUNTO DE OPERACIO N E S T A T I C O :

Si en la FIGURA 1.1.(a), la llave est colocada en el terminal 1, el diodo est slo sometido a seales estticas.Para corrientes pequeas comprendidas entre 1 y 10 mA, la tensin VD est compren dida entre 0,6 y 0,7 V.

Si V= 10 V y R = 2 K? se tiene:

D R 2 X 10^Es decir que el diodo trabaja con un punto de operacin esttico Q determinadopor una corrietite I^ = 4,7 mA y una tensin entre bornes Vp -0,6 V,De la FIGURA 1.2. (a), se observa que para Ip = 300 mA se obtiene Vj)=!0,87 V.

R . . 30 =I) 0,3Con un valor de R = 30 i y conservando V = 10 V se obtiene el punto Q determinadopor Ijj - 300 mA y Vp = 0,87 V.

1 . 2 . 2 . R E S I S T E N C I A E S T A T I C A :

Es el cociente entre la tensin de continua (Vq ) entre bornes del diodo yla corriente de continua (Ip) que por l circula.FIGURA 1.2.(c).

^ S T Ip

1-2

Siendo Vp g Ip los que corresponden al punto Q

= H,7 mA\ = 0,6 V :ST v 4 - =M-,7 mA

Ijj = 300 mA _ 0,87 VV|j = 0,87 V ^ S T 0,3 A

En un diodo de alto nivel (2caso), la resistencia esttica tiende a ser muy pequea comparada con la resistencia esttica de bajo nivel.

1 . 2 . 3 . R E S I S T E N C I A D IN A M IC A :

Si en la FIGURA 1.1.(a), la llave est en la posicin 2, se tiene en el cir cuito la superposicin de los efectos causados por dos fuentes: la esttica v la diniica.Aplicando el principio de superposicin consideremos primero la accin de la fuen te esttica V suponiendo en corto la fuente dinmica. Esto fue analizado en laseccin 1.2.1. y permite la determinacin del punto Q .Luego supongamos en corto la fuente esttica y analicemos el circuito bajo la accin de la fuente dinmica senoidal.

\j - Y . eos wt

Para ello veamos que conductancia dinmica presenta el diodo en el punto Q . Sea:

Como: '' DI . T e ^

= 4,7 mA \ = 0,6 V

g.d I .D

S d

V.

m v: 'slinri r r

g.ID

i n r

La resistencia dinmica es:r = u

m . T

Donde con designamos la resistencia dinmica de la unin PN.. 25 . 10~

-3= 7,45 fi para m = 1,4

4,7 . 10-La resistencia dinmica posee dos ccnaponentes:a) resistencia del material del cuerpo del diodo que llamaremosb) resistencia de la unin PN que llamaremos r, uPara bajos niveles de corriente predomina 10 mA )Para altos niveles de corriente predomina (> 100 mA )Para T = 300 mA D

= 0,87 VSe tiene,del grfico 1.2,(a).

r. , = 0,3 aA I 0,4 A

1 -3

Si calculm )s para este punto Q se tien e:m V

r =u 25 mV _

300 mA Vemos que predomina el efecto de r, .b

1 . 2 . 4 . C I R C U I T O D IN A M IC O :

Para

QIp = 4,7 mA

y si Vg = 1 V V

I = ---- ^d R + r .

Vp = 0,6 V

2 . 10^

Se tiene R = 2 K

= 0,5 mA (Valor pico)

1 . 2 . 5 . C O R RIEN TE T O T A L :

Superponemos los efectos.

ip eos o)t = 4,7 mA + 0,5 mA eos ut

d

1 . 3 . T R A N S I S T O R E S B I P O L A R E S :

Para operar en la zona activa la unin E-B debe estar polarizada en sentido directo y la un,i6n B-C en sentido inverso.Si ambas uniones estn polarizadas en sentido directo se tiene el transistor en saturacin.Si ambas uniones estn polarizadas en sentido inverso se tiene el transistor en el corte.

1 . 3 . 1 . T R A N S IS T O R P N P :

En la FIGURA 1.3.(a), las polaridades son las adecuadas para trabajar en la zona activa.En dicha FIGURA los sentidos de las corrientes son los reales.

La corriente de colector est dada por:

donde a es del orden de 0,95 a 0,999 e I_^ es la corriente de portadores minori-CBO

1 -4

riojs (origen titmico).Para el Silicio y a t^iperatura ambiente I^gQ es muy pequeo.Podrfattos poner: ^

Ic = a . = T Thi

siendo a la ganancia esttica de la corriente de colector respecto de la de emisor.En los manuales el parmetro que se encuentra es hpg en lugar de a .Buscaremos ahora una relacin entre la corriente de colector y la de base.

1, = Ib * Ic a . 2 . )

Sustituyendo {1.2.} en {1.1.} se tiene:

= Ic + Ib + C^BO =a I + I ,1 - a B 1 - a CBO {1.3.}

Haciendo

. 6 - a1 - a {1.4.} Resulta 1 + 6 = 1 - a {1.5.}

Reemplazando {1.4.} y {1.5.} en {1.3.} se tiene:r = B . + ( 1 + 6 ) I

Despreciando el trmino que contiene a Iqb q I

Bse obtiene;

CBO (1.5.}

T BSiendo 6 la ganancia esttica de la corriente de colector respecto de la de base.

En los manuales en lugar de 3 se encuetra hp.La expresin {1.6.} vale para cualquier configuracin: BC, EC, CC. En la hoja de datos del BC327 encontramos:

- = 100 tdA - = 1 VCE 500En los manuales cuando la corriente es saliente se la toma como negativa, ya que por convencin se toma a las corrientes entrantes como positivas. Ver FIGURA 1.3.

= 1 V indica que el potencial del E es 1 Volt superior al del colector, es decir; Vgc = 1 V.Hay que tetter en cuenta la gran dispersin del parmetro (100 a 600) y su influencia en la polarizacin.En la FIGURA 1.3.(a), se tiene un PNP en la configuracin de base comn (BC) conlas polaridades adecuadas para funcionar en la zona activa.En la FIGURA 1.3.(b), se tiene el PNP en la configuracin de EC.En la FIGURA 1,3.(c), se tiene el PNP en la configuracin de CC.

1 -:

Corao el transistor es un dispositivo de tres terminales, tiene un terminal que es con&i a las mallas de entrada y de salida.De acuerdo con el terminal comn se define la configuracin (BC,EC,CC).

1 . 3 . 2 . T R A N S IS T O R N P N :

Para el NPN deben invertirse todas las fuentes de alimentacin en las figuras 1.3.(a), 1.3.(b) y 1.3.(c).Veamos para la FIGURA 1.3.(a)

'^ CC

En forma similar se procede para las FIGURAS 1.3.(b) y 1.3.(c).1 . 3 . 3 . DEPENDENCIA DF CON I ^ :

En la FIGURA 1.5. vemos tres regiones definidas;La regin I es la de bajo Iq , donde hpg decrece al decrecer Iq .La regin II se caracteriza porque en ella es aproximadamente constante.En la regin III, de alto Ic> hp decrece.

FIGURA 1.5.

1 . 3 . 4 . C A R A C T E R I S T I C A S DE EMISOR COMUN:

En la FIGURA 1.6., se muestra una caracterstica de salida tpica correspondiente a esta configuracin.Entre la ordenada y la vertical trazada por V c e s A T ^ tiene la zona de saturacin En ella el transistor conduce una corriente apreciable prcticamente sin cada en colector-emisor.Para valores aprfeciables de V q tiene lugar una ruptura por avalancha que detrio ra el dispositivo.La zona situada entre la de saturacin y la de ruptura se llama zona activa y en ella se cumple que:

^FE ' ^ ^ ^FE ^ ^CBO

1 ^ 6

La zona activa corresponde al funcionamiento lineal y tiene no solamente un lmite de tensin (la de ruptura) sino tambin uno de corriente que corresponde a lamxima corriente de colector que soporta el dispositivo antes de deteriorarse. Hay un lmite inferior de corriente que es la corriente de corte, por debajo de la cual se considera que no circula corriente.En la zona de saturacin hpE tiene valores muy inferiores a los correspondientesa la zona activa. FIGURA 1.5.Como se ve en la FIGURA 1.7. las curvas de salida tienen una cierta pendiente po sitiva, lo cual implica la existencia de una resistencia de salida finita dada por AV,

r =oCE

TPero los valores de AIq son tan pequeos que pueden a veces despreciarse considerando a la resistencia de salida como infinita.

c t e

Entonces se convierte al transistor en un generador de corriente ideal (sin tener en cuenta las zonas de- saturacin y de ruptura).La caracterstica de generador ideal de corriente slo vlida en la regin ac ti va.Adems se observa una separacin no constante entre curvas correspondientes a saltos de Ig fijos. so se debe a que hp es una funcin de,Iq . Para grandes excursiones de seal ello lleva ala deformacin de las ondas de salida (distorsin) .Las caractersticas de salida que dan los fabricantes de transistores en sus manuales son de tipo estadstico.El transistor que nosotros usemos tendr, por lo tanto, una caracterstica distin -a a la que muestra el manual.Los transistores de silicio tienen una importante variacin en cuanto a su parmetro hFELas hojas de datos muestran variaciones de hp del orden de 1 a 3 ums entre hpEm y hpgjj .Es decir,que los transistores de silicio se fabrican conuna dispersin del parpetro hpj; de ese orden.Sabemos que:

^C-^FE ^^FE^^CBO ^ ^

siendo IcBO 1 cerriente de portadores minoritarios entre colector y base con el emisor abierto.Pdenos trazar las caractersticas de salida ideales, haciendo

Ic = N x vale decir despreciando el trmio que contiene a IcBO y ste es sumamente pequeo a 25 C.Adems, para trazar las caractersticas ideales de salida supondremos queh no depende de Iq .Las caractersticas ideales tienen la forma que se ve en la FIGURA 1.8.

I-

4 0 ^ A

20fiA

10^

MCEg*|, FTGBA 1.8.

1 . 4 . DETERMINACION DEL PUNTO DB OPER AC ION E S T A T IC O Q:

Estas caractersticas ideales son importantes para comprender la determina cin del punto de operacin Q y los problemas que surjen si el transistor no est bien polarizado.SuponganKJS que el transistor que se estudia tiene un hpj. = 100 entonces: I^ = 100 C'

quiere decir que para I g = lOyA se tiene I q = ImA para I g = 20yA se obtiene Ic = 2mA , y asi sucesivamente.La FIGURA 1.10. muestra las caractersticas ideales de salida obtenidas por medio de Iq = hpg Ig

% 8 n n

TWtmA l.IO.

1.8

\ ^CE ' '^CC ^ ^ IT {1.7.}

que es la ecuacin de la recta de carga esttica.La ecuacin {1.7.} vincula el comportamiento del circuito externo del transistora travs de Vcc y Y dispositivo activo mediante Ic y V q e .Esta recta,dada por la ecuacin {1.7.},se traza por medio de dos puntos situadossobre los ejes de ordenadas y abcisas.Hacemos:1) ^c~ ^CE ^^CC punto- (0,Vc)

2) V^^=0 I c = ^ * punto ( - ^ , 0 )

Ejemplo; = 3,7V = lOOKfi = 12V = 2K2

De la ecu-cin {1.7.} se obtienen los puntos

De la n a lla de sa lid a de la FIGURA 1.9. se obtiene:

( O , 12 ) 12

2000 , O ) = ( 6 mA , O )

Esos puntos estn representados en la FIGURA 1.10. y la recta que los une tambinLa pendiente de la recta definida por la ecuaci6n{1.7.} es:

^ I r - , la pendiente de la recta de{1.8.} carga esttica (RCE)

CE CDe la malla de entrada de la FIGURA 1.9. se obtiene:

''b e -''b b * Ib - \la V b e debe tomarse como 0,2 V para el Germanio y 0,7 V para el silicio (valores estadsticos).La juntura B-E est polarizada en forma directa y por lo tanto para que el transistor funcione en forma correcta hay que trabajar con corrientes de base que permitan obtener del orden citado, es decir que estn por encima del umbral de conduccin.Tomando para el silicio ima V = 0,7 V se obtiene de la ecuacin {1.9.}BL

30 uA^ 100 . 10^

Es decir que tenemos una Ib = cte = 30mA impuesta por la malla de entrada (corresponde a la recta marcada en forma ms intensa en la FIGURA 1.10.La interseccin de la RCE y la de Igg = cte, nos da el punto Q de operacion es ttico que satisface al mismo tiempo las necesidades de las mallas de entrada y salida. FIGURA 1.10.Para el punto Q se obtienen los valores estticos de funcionamiento del transis tor.

Q

La VcEQ se puede obtener grficamente, FIGURA 1.10. o bien analticamente;

'^CEQ = ''ce - ^CQ Re = 12 - 3 I"- 2 1 =6V Analicftos la caracterstica de entrada, que puede apreciarse en la FIGURA 1.11.

1 -o

El diodo emisor-base presenta una funcin del tipo:

donde Ig es una constante que describe la caracterstica de transferencia del transistor en la regin activa.Como:

Por lo tanto: d I B

resulta:

1 T r ~ T T

^B =

^BEi s t :

inrFE

BE T FELa resistencia de entrada entre B y E es:

d V.BE m V_ y en el punto Qd V,BET T B BQ

Acotacin: Podra ocurrir que la malla de salida contuviera ms de una resistenc i a .

C eGeneralizando la resistencia esttica es:

V - V CC CEST

"La resistencia esttica es toda la resistencia en serie con el transistor y lafuente

1 . 4 . 1 . IN Y E C C IO N DE SEAL:

En la FIGURA 1.12. se ha incluido un generador ideal de seal:V. = sen 0)t D o

1-10

FIGURA 1,12.

La polaridad indicada de vj, corresponde al sesaiciclo positivo de la seal.En la base circula un corriente ig superposici&i de ^na corriente continua Ir o y de una alterna ii,.Si se aplica el principio de superposicin y se anula primero la alterna(V5 = 0) queda la malla de entrada de la FIGURA 1.9. "de la cual se obtuvo la ecuacin 1 {1.9.)

T _ BB BE ^V " K------ "B

Luego, anulando Vgg se obtiene la FIGURA 1.13,

Ya hemos visto que existe una resistencia dinmica de entrada entre B-E dada por la {l,10.}Como Ri Rb podemos considerar un corto la entra da dinmica del transistor (recordar que R = lOOKD) La corriente dinmica i, se calcula as:

b sen 3tT'

SI = 2V, se tieneFIGURA 1.13.

"b = sen o)t = 20yA sen 0)t = sen (ot100 . 10^Es decir:

sen >)t , con = 20yA

La corriente total de base es:ifi ^BQ ^

La corriente de seal la superponenros a la IgQ coek > se ve en la FIGURA 1.14.La salida del transistor ve una resistencia de carga dinmica igual a la esttica (es decir, la nica que hay en la malla de salida, que es R ). Es un caso particu lar.En este caso coincide la recta de carga dinnica (RCD'> f'on la esttica (RCE) .Al inyectar seal la operacin dinmica se desplaza desde Q hasta M, desde M a N, desde N a M, etc.La proyeccin de los puntos M y N nos dan

En forma analtica: C = siendo , la altern a

ic = f(t)

''c e =

1-11

FIGURA 1.14.

O>iA

!c 'tE^ 'teVCEO

Vce ^

Como hpE (esttico) y hfg (dinmico) tienen valores similares, se puede poner:

V e *'fE ^ ^BQ 'fE ^BQ * ''fZ

'CQ = ''f e ^BQ =i = h . i, = Ir . I, sen ut = I sen o)t C FE D TE D c

= 2mA= 'fe 'b = 1 i_ = Ipp, + I sen )t = 3mA + 2mA sen wt FIGURA 1.14.

La tensin total entre C-E es: v = + vCEO ceVcEQ es conocida e igual a 6V.Para determinar la v

V = - 1 ce cce

. Re = - R, I sen o)t cHaciendo;

V = R_ . I queda v = - V sen o)t ce C c ^ ce ceV = R . I = 2 .10 ^ . 2 ce C c 10 ^ = i+V

Resultado total, (ver FIGURA 1.14.):

FIGURA 1.15.

ceSe puede analizar tambin la v b e > para ello recurrimos a la FIGURA 1.16.

^BE = VBEQ + V, be

^BE ''^ BEQ + V, sen ct be

\ e = R.1R. =. i m 1

V, L . R, = 20 . 10- . 10 ^ = 20 . IQ-^V be D 1

L1 12

Se ve que la tensin Vj,g,es positiva respectio de tierra mientras que la Vce es negativa respecto de tierra (ver FIGURAS 1.14., 1.15. y 1.16.) (Defasaje de 180' en la configuracin de E)Se puede ver que la amplificacin vale;

A =Vce V s e n wt c e

I Tce

sen lT = - 200-3be be 'be 20 . 10'Tenemos una amplificacin de tensin cuyo mdulo vale 200 y que tiene un defasaje de 180entre la salida y la entrada.

1 . 4 . 2 . DESPLAZAMIENTO DEL PUNTO O POR D I S P E R S I O N DE FESupongamos que en el circuito antes analizado deba reemplazarse el transistor, (por deterioro, por ejemplo).Tomamos otro transistor de la misma nomenclatura pero por dispersin de fabricacin ya mencionada tiene un hp = 150.La nueva caracterstica de salida se ve en la FIGURA 1.17., donde se tiene en cuenta la RCE, I ^ = ote, el nuevo punto Q y ei recorte de corriente y tensin de colector.

Se observa que al reemplazar el transistor se obtienen seales de salida con de- ' formacin enorme como resultado de que para la misma inyeccin de seal se ha pa sado a trabajar, durante un lapso, en la zona de saturacin.Ello ocurri porque al ser hpE mayor se pas de un punto Q situado en la mitad de la RCD a otra posicin de Q jjue est ois cerca de la saturacin que del corte.Es decir que el desplazamiento del punto Q origina los recortes ya vistos.Debemos buscar un circuito de polarizacin en el cual aunque vare hp la corrien te - cte y no como en el visto en que se tena I^ = cte (incorrecto).^CQ

1-13

1.4.3. CIRCUITO BASICO PARA I cte:LyPara tue Q no se mueva debemos polaricar de tal forma que Ic q = cte aunque

tendamos dispersiSn de hpE circuito que lo permite es el de la FIGURA, 1.18,^ara la malla de entrada:

Como

FE

CQ

V - V BB BE

e +FIGURA 1.18.

Para que Iq q = cte basta hacer:

Se toma el h _ porque hace:FEm

FE

R.R e

FEn,mximo

Aunque cambie hFE resulta as Iq q = cte. Conviene hacer

1 . 4 . 4 . C I R C U I T O DE P O L A R IZ A C IO N CON UNA SOLA FUENTE

Suele ser antieconomico usar dos fuentes distintas para la base y el colector. En la FIGURA 1.19. se ve un circuito con una nica fuente que cumple satisfactoriamente con los requisitos de Icq = cte.

FIGURA 1.19.

Este circuito (aplicando Thevenin entre los puntos B y T)nos lleva al circuito de la FIGURA 1.18.La fuente y la resistencia del generador valen;

1 - 1 4

^CC l-13.}R. . R.

= X T I 7 -

Aplicacin;Sea el circuito de la FIGURA 1.20.

Para resolver este circuito aplicamos superposicin : 1) Suponemos = O y = O ( continua )

X = JWCOueda el circuito de la FIGURA 1.19., que luego de transformarlo en el de la FIGURA 1.18.., nos-permitir hallar el punto Q.

V - V BB BECQ Re +

La resistencia esttica en el circuito de la FIGURA 1.18., es:

E^ST = f^ C *

' ''cC y ( 5

La Re s t la suma de todas las resistencias conectadas en serie en la malla de salida de continua FIGURA 1.18.

2) Anlisis dinmico:Suponemos una frecuencia tal que X =

'fcEQ teJcoC

y suponemos en corto las fuentes de continua (no son variables con el tiempo). Tendremos pues el siguiente circuito equivalente:

15

d

R(j es la resistencia dinmica, vale decir es la resistencia que ve la salida del transistor.Veamos el trazado 4e la RCD;Adoptamos otros ejes-que tienen como origen el puntoQ : FIGURA 1.21.Luego como v ceSe puede hacer:Luego como v = - i . R, FIGURA 1.22. ce c d

AV = - A l . R.

Adoptamos un valor de (-Al) y como conocemos R^ podemos calcular AV (Obtenemos el punto X).Uniendo X con Q tenemos la RCD.La seal de salida est dada por i = I . sen oty cuando sta se anula solo queda

q =

^CQ ^CQ

es decir, el valor de continua .Por lo tanto el punto Q forma parte de la RCD ya que es el punto dinmico para seal nula.

PHjObtma:El circuito es el de la FIGURA 1.20.

VATOS: R = 56 K 1 ^cc20 V

R^ = 5 ,6 K Kr^ = 50FEmR 1 K = 100

e FE'jRe = = 10 K = 150

Para la continua se tiene el circuito de la FIGURA 1.19. Aplicando Thevenin:

5,6 . 10

61,6 . 10^

CQ^BB V _ 1,82 - 0,7 _ 1,12 _ 1,12 _3 ^ ^

~ ^ ; 5 1 ^ " 1000 + 51 - 1,051 1,057 mA100

^CEQ = '^CC - IcQ f ^ ^ = 20 - I Q - . ( 10 + 1 ) . 10^ = 9 V

FIGURA 1.23-,

AV - - AI . R, = 10" . 5 . 10 = 5 V

De la FIGURA 1.23.I = 1 tnAcV = 5 V ce

R 1000 1000 . 5 50005100 510 51050 FE

1 -1 7

La rbdjBa xcursiSn sin recorte corresponde a los ptintos M y N de la FIGURA 1.23 Si i^icaaos a H ms cerca de la s&ttiracion (sobreexcitando), tendramos recorte en la zoia inferior, es decir en la de corte.

1.4.5. DADO Q DETERMINAR R^ Y R2:

I,VAPC: Q CQV CEQ

Se puede plantear:

R, R^ * 2^

Ifoltiplicando la expresin de V por R se tiene:BB

'cc ^

Y de la expresin de R^ se deduce

'1

FHjobtemi:Circuito de la FIGRA 1.20.

PATOS : VIcQ = 2,5 mA

CEQ = 3 V= 15 VCC

De la malla de salida de continua se obtiene;

R^ = 200 K2R = 2,8 K2 e^FBj. = 200

= 100

^CC ~ ^CQ * ^C * '^CEQ ^CQ ' \

^C =v. - - I . R

ICC 'CEQ "CQ e _ 15 - 3 - 2,5 . 10~^ . 2,8 . 10^

CQ 2,5 . 10

= 2 KC 2,5 . 10 \ \ II = 2 Kfi // 200 K2 =: 2 K2

K 1 8

tenemos:Rg = 31 K Vgg = 8,22 V

V e r if ic a m o s adem as; R= 9,03

De haber adoptado: r = 47 k

Rg = 25,5KS Vgg = 8,15 V

R

Icq '

= 2,55 mA

= 10,98

''CEQ =

R^ = 56 Kf hubisemos tenido:

1 . 4 . 6 . U BICA CIO N DE Q SOBRE RCD PARA MAXIMA EXCURSION DE SEAL:-

S a b m o s que:1 =c

ceT. referido a los ejes i , vc ce

Buscamos los valores optimos de I y de V , en el sentido de tener mxima ex- CjUcursion simtrica.Grficamente, apelando a la FIGURA 1.24., el anlisis es el siguiente:La ecuacin de la RCD referida a los ejes totales es:

" ^CQV V CE - CEO

- R , " ^C ^CQV V CE - CEQ

R ,

FIGURA 1.24,

Para el punto A se tiene:I . = ICA V = V CE ''cE

VSAT

^CA ^CQCEgAT - '^CEQ

- R.= 2 1 CQ

''c ey por lo tanto

para excursin simtrica.

V V CEQ - CESAT

CQ R.

Recta que pasa por ( O , VcEg^^ ) y tie {1.17.} ne pendiente igual a 1

1 - 2 0

Entonces se traza 1) la RCE y 2) la recta de ecuacin {1.17.}. La interseccin da el punto Q simtrico.

E j m p l o :Vcc = 10 V

R -T-6 nFEm

V _ = 1 V CEsaT

1)RCE:

20 )

( O , ) = ( O , 10 )

V

U = 500

A V = A I . R. A I = A V R, 500 = 8 mA

Desde = 1 V trazamos la ecuacin {1.17.} tomando A V = U V y luegoA I = 8 mA. Se obtiene el punto Z.

Unimos Z con interseccin con la RCE nos da el punto Q.Luego por el punto Q se traza la recta de carga dinmica de pendiente - 1/ .La RCD queda dividida en dos partes iguales:

MQ = QN

1 . 5 . P O T E N C IA :

La potencia de continua entregada por la fuente se disipa en los resistores y en el dispositivo activo.A su vez, la energa de continua es modificada por el elemento activo al mismo ritmo que impone la excitacin. Es por ello que resulta posible obtener una potencia de salida amplificada. Interesa calcular el rendimiento de la conversinCC a CA.

1-21

La potencia media desarrollada o entregada por un elemento cualquiera es:T

P =

ODonde V a l son las corrientes y tensiones totales dadas por:

Con el subndice AV se indicaron valores medios y con minsculas las componentes alternas de valor medio nulo.

1 . 5 . 1 . POTENCIA ENTREGADA POR LA FU EN TE:

Los desarrollos de los puntos anteriores, corresponden a excitacin senoidal y a forma de ondas de salida sin distorsin.En este caso:

cc

I = + i = + I . e o s (jL)tCQ c CQ c

.. LCC T CC CQ ' dt + O - ^ ^CC ' ^CQ ' ^CC ^CQo

En realidad esta sera la potencia que entrega la fuente sin tener en cuenta la red de polarizacin.En la FIGURA 1.25. vemos esa situacin:

FIGURA 1.25.

^CC 1^ '' ^CQ

P = V . 1 CC CC CC

Pee = ^CC f ^2 'b ^CQ ^ {1.20.}

1 - 2 2

1.5.2. P O T E N C I A D I S I P A D A EN LA CARGA;

La potencia disipada en la carga es la potencia eficaz:I V V . Ip = c ce _ ce c

S ^ ^ ' 2Siendo I y V las amplitudes de las ondas de alterna.C 06

1.5.3. POT ENCIA D I S I P A D A EN C O L C T O R :

La potencia media de continua entregada por la fuente se disipa en potencia media de continua en los resistores R^ ^y Rg y en potencia eficaz en la resistencia R q . El resto de potencia que corresponde al balance energtico se disipa en el transistor.

^CC ^CQ ^ ^ ^e ^ ^ \ ~

I 2P.^ = . I^ ^- ( R^ + R ) T - R^ ^T CC CQ ^ C e CQ C 2

Se ve que la P^ es mxima cuando no hay seal aplicada ( = O ).

% = '^ CC 'CQ - t '*C ^ ) Icq '

P-M = 'cQ ' ''cC - ( 'c ^'e Ico ) ' 'CQ ''CEQLa P se obtiene multiplicando los valores de continua correspondientes al punto

( I y V 1.' CQ ^ CEQ ''

1.5.4. R E N D I M I E N T O DE CONVERSION;

Es el porcentaje de energa til recogida en la salida respecto de la ener ga entregada por la fuente.

Pg . 100 {1 . 22 . }CC

El rendimiento teorico mximo obtenible es del 50% cuando la corriente de colector circula durante 360.

1 . 5 . 5 . ETAPA ACOPLADA A R - C :

Sea el circuito de la FIGURA 1.26.

1-23

FIGURA 1.26.

El circuito de continua es el mismo de la FIGURA .25. El circuito de alterna se ve en la FIGURA 1.27.

FIGURA 1.27.

' o = lo

Vo ce V__ I2 cComo:

3 =

V . Ice o

La potencia eficaz sobre la carga Rj^ es:

C

R,

1 . 6 . CARACTER^TSTICAS d e l T R A N S I S T O R :

1 . 6 . 1 . REGIMEN DE T E N S I O N E S :

Para obtener elevadas potencias de salida conviene que V qq sea elevada.Pero,por otra parte, se sa.be que el transistor tiene un valor mximo admisible de VcE ( llamado BVcER tensin de ruptura colector-emisor ), a partir del cual el dispositivo se deteriora permanentemente.En el manual de transistores de Si "SOT 54", para el transistor BF 199 se tienen los grficos de las FIGURAS 1.28.(a) y 1.28.(b) en los cuales se tiene la^CERmx ^ ^CER ^ funcin de R^.

1-24

La tensin de ruptura de 25 V corresponde a la condicion de base abierta ( = )Es decir . .5 V.La tensin de ruptura de 4^ 0 V corresponde a la condicin de base en corto circui-to . ^''CES = ''CES^, = ''

B V = B V siendo la mxima tensin inverCbb Ldu CBU Se puede demostrar que :

sa colector-base antes de llegar a la ruptura. (Producida por la multiplicacinen avalancha de la corriente que pasa por la unin ) .

LBPara el transistor BC 337 o el BC 338 no hay un grfico similar al de la FIGURA 1.28.(a), pero s se especifican los valores de y ^cEO*Para el BC 337 se tiene = 50 V y BV^^^ = 45 V.Para el BC 338 se tiene BV^^g = 30 V y BV^^^ = 25 V.

1 . 6 . 2 . R E L A C IO N ENTRE LA T E N S I O N DE A L IME NTACIO N Y LA T E N S IO N DE RUPTURA:

Debido a los transitorios producidos en el encendido de la fuente convieneque:

< 0,75 BV^^^CC - CEO para carga resistiva y algo menor para carga inductiva.

1 . 6 . 3 . REGIMENES DE C O R R I E N T E :

El fabricante especifica dos lmites mximos; uno corresponde a la mxima corriente de colector media y otro a la mxima corriente de pico que puede sopor tar en lapsos breves el transistor.Por ejemplo, en el manual ya citado, se tiene para los transistores BC 5H7 a 54^ 9 las siguientes especificaciones:

Corriente de colector (CC) ^^ax ~

Corriente de colector (valor pico)La especificacin de mxima corriente no siempre es de ndole destructiva. Puede ser destructiva o para que el h no disminuya demasiado.1 hi

low ^ = 200 mA^Mmx

1-25

*Cmx(CC) fe1 , 6 . 4 . REG IM ENES DE TEMPERATURA:

Una causa importante de variacin del punto Q es la temperatura de trabajo del transistor.La corriente de saturacin inversa de la juntura C-B la llamamos IcBO* ^ 25C pa ra el Ge e ^ a corriente es del orden de los yA y para el Si del orden de los nA. La variacin de I^b q tmperatura es prcticamente igual para el Ge y elSi. Pero debido al menor valor absoluto de I^b o hasta unos 200C,mientras que el Ge solo hasta 100 C.Si para 25 C hacemos y para una temperatura final mayor hacemosCBO CBOj

^CBO ~ ^CB02 se tiene:

K' . A T{1.25.}

donde: ^ ^ )^ no se trabaja con temperaturas muy elevadas, lego duplica aproximadamente cada 10 C.

'cBO, = P 25 C, podemos evaluar ^CB02 as:

T (c) ^CBO (nA )25 10 ^CBOi35 2045 i|055 8065 160 ^CB02

= ^CBOa " ^CBOi ^ - 10 =: 150 nA* ^CBOEl aumento de produce un aumento de I .LdU CQ

CBO dondeOtro parmetro que vara con la temperatura es la tensin B-E ( ).La tensin V disminuye linealmente con la temperatura de acuerdo con la rea- Clon:

donde T2 > Ti

Se usa el valor de:

K vara entre 1,5 y 2,5 mV/C.

1 -26

2 5 on para eblocarse eti la situ aci n ms esfavorable.

Si T - 40 C y si K = 2,5 mVC se txene:

A = - K . A T = - 2,5 mV

BE

i|0 C = - 100 mV = - 0,1 V

= 0,7 V (25 C)

= 0,6 V (65 C)A T = 40 C

Este efecto de la variacin de Vgg con la temperatura tambin produce un aumento de Iq q . Recordemos que d la FIGUA 1.18.

V - VBB BECQ

R + T-e nFESi V disminuye, la I aumenta.DijEn el Si es mas importante el efecto de aumento de I por disminucin de Vy-que por.aumentp de iCBO En el Germanio ocurre lo contrario. hp aumenta tambin con la temperatura sobre todo en el Si.El aumento de hp puede ser del orden del 50 % para incrementos de temperaturade 40 a 50 C.

i|;q = ']fe 'b ' 1

Produce tambin un aumento deEste efecto ya hemos visto se apantalla haciendo: B

FEm

1 . 6 . 5 . REGIMENES DE D I S I P A C I O N ;

Los fabricantes de transistores especifican que la juntura colectora puedesoportar hasta una cierta temperatura (llamada temperatura mxima de la juntura:T-i ^ ), a partir de la cual se deteriora.Jmax Para el BC 327 se tiene: temperatura Tj ^ = 150 C.Tj depende de las corrientes y tensiones a ?ravs de la juntura, es decir, de la potencia que disipa la unin.La temperatura de la juntura, en ausencia de corriente, debe ser igual a Ta (temperatura ambiente del recinto donde est ubicado el transistor).Al existir conduccin de corriente al valor de se le suma una cantidad proporcional a la potencia que disipa el transistor. Es decir:

T . = T + e . . P ,3 ' a dT . - T

_ J ____0 .3a

{1.27.}

donde la cte de proporcionalidad 9j^ es la resistencia trmica entre juntura y medio ambiente, cuya unidad es:Para el BC 337 la resistencia trmica desde la juntura al ambiente al aire libre es:

e. = R^, . = 0,2 C/mW = 200 C/W3a th 3a Cuanto menor sea , mayor ser la capacidad de disipacin del transistor. Puede hacerse una analoga elctrica para estudiar estos problemas trmicos. Se

1 -2'

puede considerar a P como un generador de corriente constante, al efecto del ca lor retenido por la juntura como una capacitancia C y a la oposicin de la trans ferencia de ese calor al medio ambiente colo una resistencia elctrica 9j^. Lo que puede apreciarse en la FIGURA 1.29.

(be

1FIOTRA 1.30.

WWmik 1.29.

t.Las temperaturas"Tj y se consideran como potenciales elctricos respecto de la temperatura cero (masa).Si se aplica un rgimen de potencia P(j por medio de un escaln, la diferencia de potencial T- - crecer gradualmente siguiendo la ley exponencial de los cir- ^ _ TTITZ-tTTT A 1 'i r\cuitos elctricos. FIGURA 1.30.

T . - T = e .1 a 3a ( 1 - e

t - ti

la ) {1.28.}

Para (rgimen permanente), se obtiene:

P, que coincide con la ecuacin {1.27.}T . - T = 0 . .3 a 3a dEn el manual de Fapesa vemos que para los transistores BD 135, 137 y 139 se especifica la resistencia trmica:

e . = 1 0 0 c / w Dae . = 1 0 c / w

Desde la juntura al ambiente, al aire libre ;Desde la juntura a la base de m3ntaje :

El subndice "c" corresponde a carcaza.e. = 0. + 6:a ]c ca

Como vimos arriba 9jc viene especificado por el fabricante y puede variar entre 50 C/W a 1 C/W para transistores de potencia y de 50 C/W a 700 C/W para transistores de bajo nivel. Los valores de 0^^ dependen de la cpsula usada.Incorporando la carcaza y en rgimen permanente, tenemos el circuito de la FIGURA 1.31. (para el BD 135).

Si

Te Ta

ca

0

. PJ.6>jc t fd. >ero

- fdejc f f d &C

0. = 1 0 c/w e = 9 0 c/wca

En el manual mencionado se tiene disipacin total de potencia hasta:

mbVerifiquemos:

= = 70 C

T ^Jmax C jo

150 C - 70 oc 10 C/W

8010

^ = 150^max

= 8 W

Pero supongamos ahora que Tg = 50 C.

P = ^T . - T T . - T

1 a 150 - 50 100e . e . + 03a 3c ca

Solo puede disipar 1 W respecto a los 8 W que especificaba el fabricante. Pero esa especificacin era vlida para = 70 C.Veamos cuSnto vale Te para = 50 C.

= 150 - 10dT . - T = 0 . . P^ T = T . - 0 .] c ]c d c 3 3cLa temperatura de la carcaza es de 140 C y no de 70 C.Vemos que el alto valor de Oca respecto de 6je invalida el uso del dispositivo. Para solucionar el problema colocamos una resistencia baja en paralelo con 9ca* Esa baja resistencia se obtiene usando un disipador.Si el colector est conectado a la base de montaje y sta debe estar elctricamente aislada del disipador, se debe colocar por ejemplo mica entre stos para tal fin. Adems conviene agregar grasa siliconada para aumentar la superficie de contacto. Todo sto configura una cierta resistencia trmica (entre carcaza y di sipador), y en serie con esa resistencia trmica se tiene la del disipador, segn puede observarse en la FIGURA 1.32.

0;

)FIGURA 1.32.

Como 0

- v w9ca

V v / V - f - A A A r - ^AQcd

^ / &c + ^cK.

C -/en ^

B> / 5-5 I _ 7^-- /50^ ; ^

3/O'C/L

S ou

se desprecia la accin deca cd da ' ca

Queda prcticamente un circuito con tres resistencias en serie: 0.^ , 0^^Generalmente 0cd se aproxima a 3 C/W y si Q^a se construye de manera que

0da = 7 C/W , se tiene para el BD 135:

da'

0. = 0 . + 0 ^ + 0 ^ = 1 0 C/W + 3 C/W + 7 C/W = 20 C/W3a ]c cd da

La potencia mxima que se puede disipar con el BD 135 es:T . - Ta 150 C - 50 C

3a20 C/W

para = 50 C y el disipador mencionado.El diseo del disipador se puede realizar con la ayuda de abacos.

1 -29

1 . 6 . 6 . R E L A C IO N ENTRE y :

Para evitar el corrimiento o embalamiento trmico se puede denmstrar que es condicin suficiente que se cumpla:

V cc {1.29.}CEQ - 2Esta condicin no puede cumplirse si la carga es un transformador o la de bajo valor.Es imprescindible entonces mantener pequeos los factores de estabilidad (discutidos luego), para que == cte.

1 . 6 . 7 . A N A L I S I S DE UNA ETAPA CON SEALES F U E R T E S :

Sea el circuito de la FIGURA 1.34.

a)

b)

2200

PATOS ; 270

^C = 390

R = e

50 Q

VCC 32B V 4^ 5CEO

= 0,71

Vcc = 32 V T^ = 45 C BC 337 -

Correcto, ya que 0,65 a 0,75

R,'^CC R, + R^ "

270 32 . 270270 + 2200 2470

R

c) Determinacin de Q a 25 C:

270 . 22002470

V - V BB BE _ 3,5 - 0,7CQ

R +e

2 , 8

50 + 24017051,4

= 240 Q

= 55 mA

1 -30

se obtiene examinando el grfico en el manual correspondiente.

''CEQ = ''CC - 'cQ ' ''c 'e = < 390 + 50 ) . 8 V

Re_____/

50 50 . 100 5000240 / 100 2H0 240

Correcto para apantallar los cambios de d)

== 21

Pd =, ^CQ ''CEQ = = O"La potencia que puede disipar el transistor es:

150 - 45T. - T3M ap = ________dT 0 .DaResultado: P

0 , 2 = 525mW

, < P, , correcto.di dT,e)Tomamos,por razones de seguridad,una V = 2V >> 0,7V(especificacin del fabricante)f)

390 . 100 = 80Q , AV = - AI . R,490 d^ ^ AV = - ( - 55 . 10"^ ).80 = 4,4 V

g)Trazamos la RCE, la RCD, ubicamos los puntos de mxima excursin de seal sin recorte M y N y calculamos la potencia de salida sobre R

Para determinar la RCE podemos hallar:

V cc 32440 = 73mA ( punto X ). Uniendo X con Q se tiene la RjCE.

Pg = superficie del tringulo sombreado = 55 . 10- 3 . 4,4 = 121mW

1 -31

h)Potencia desarrollada por

p = pOQn

L = --s - i r - T ^ - = - w '

i)Clculo de la corrienteSuponiendo despreciable la corriente de base :

V,T - ce

" i c n r32

2470 = 13 mA

Verifiquemos que la corriente de base se puede despreciar:

^CQ _ 55 . 10"^b m FEm 100

= 550 UA

I..

j)Clculo de la potencia continua entregada por la fuente:

Pee = ^k)Rendimiento de la conversin continua - carga til:

n 100 =cc

96 . 10 2 , 2

- 3

i)Rendimiento de la conversin continua - potencia de salida: .

n % = ^ - 1 0 0 .-3 10 1

100 = - = 5,5%CC 2 , 2

1 . 6 . 8 . CALCULO DE UN D I S I P A D O R :

PATOS := 330 fi = 220 Q

T = 70 C a Vcc = 24 V

R =22 n =15 1 e CBD137

t

% qr W V ^ ^

0

Bl

R,

C2

Ce

H:c

1 -32

Anlisis de continua:

I I = 330fi I I 2200. - 132H

V = V . --- -wBB CC + 1

Del grfico de disipedor , obti

V

i /

! /

' X

1 Posicin y clase de sap?ficie

2 Disipacin de potencia

3 Espesor

4 Tipo de encapsula^o

* Area del disipador plano

FieORA 1.39,

Para un disipador ; PLANO ; BRILLANTE HORIZONTAL ; ESPESOR (2 m ) ;ENCAPSULADO SOT 32

AREA DEL DISIPADOR = 90

1.7. FACTORES DE ESTABILIZACION:

Para evaluar y comparar las propiedades de cada circuito, en cuanto a estabilidad de la polarizacin, se definen factores de estabilidad S para cada parmtro del sistema.

^CQ ^ ^ ^CBO ^BE ^FE ' ^

CEO

{1.30,}Si los cambios son pequeos, podemos reemplazar los diferenciales por incrementos. Adems, en este caso, se puede suponer que el sist^na se comporta linealmente y por lo tanto se aplica el principio de superposicin.Se definen los factores de estabilidad como:

91

CBO CEO-W.

CQ AI

BE

CQBE

^ F E -FE

'"cBo + V B E + V e '*FE * {1.31.}

'c ' *Ve S * ' 1 * V 'cBOal considerar variable a IcBO y constantes a los dems parmetros C , . . . ) , se tiene:

1 -34

AI,TCBOAI.

TCBO

AI. (1 - h. B

1 + ^FEl _ h

{1.32.}

1 . 7 . 1 . P O L A R IZ A C IO N POR D I V I S O R Y R :e

AI,

I T CBOAI,

+ C 1 + t^E )

1 + hT T CBO 1 - h

FE AT

FE ~KT^B

Aplicando Thevenin

2^V = V -K-----T5 V R = RBB CC R^ + ^ B 1

En la malla de entrada:

* ''be

''bB = ( " b " Re b " Re Ic * ''b E

R,

'b =^BB " ^BE ~ *^ e ^C

A I S T

BR

Reemplazando en la ecuaci6n{I.32.} se tiene:

1 + hFE1 + h. R

{1.34.}

{1.33.}

FE

Recordemos que para el circuito de la FIGURA 1.40. se obtuvo:

I,CQ

V - V BB BE

Si queremos hallar Sy , el parmetro variable es Vg y los parmetros I^b O ^ ^FE permanecern constantes.Llamamos: R^D = R + B

FECon lo cual:

Se puede calcular que;

Al,c _ CQ _ 1- ~ W Z ------- D" {1.35.}BE

1 -35

_ ^CQl +RC - vx _ ^h r r ^ E l ' ^FF? * P

{1.36.}

donde el subndice 1 corresponde a 25 C o bien al hp^^ y el subndice 2 corresponde al hp2 dependiente de la temperatura ambiente final o bien del .

1 . 7 . 2 . /A N A LISIS DE V A R IA C I O N E S DE 1 ^ ^ POR TEMPERATURA;

^ ^^CBO ^ *^ FE

Ya hemos visto como se calculan ^ICBO y .a^fe en funcin de la temperatura se puede obtener considerando un incremento

de hpE2 respecJuj de para un AT del orden de 50 C.Es decir:

FEi

Es decir que al pasar la T desde 25 C a 75 C el hpp se incrementa en un 50

donde: \ e{1.37,}

AICQCBO BE FE

FE "FE

{1.38.}

1 . 7 . 3 . A N A L I S I S DE LA V A R I A C I O N DE 1 ^ ^ POR INCORRECTA REGULACION DE

LA FUENTE DE A L I M E N T A C IO N ; ^

^ c c = A v r ~ cc CQ TT

SVcc D R^ + R^ ^ 1 - 3 9 . } , A I ^ q = SVcc V cc

Siendo A V la variacin de la tensin de salida de la fuente de alimentacin respecto de la nominal.

1 . 7 . 4 . A N A L I S I S DE V A R I A C I O N E S DE Q DEBIDO A LA TOLERANCIA DE R :

ARg es la variacin de Rg debido a su tolerancia.Como:

1 -36

IV - V BB BE

CQ CR +

ARSr =

c \ FE

- ^^BB - ^BE ^

, _ - '^BB '^ BE ^^ e . ------------W -------- CQ = Sr . ARe

R

{1.40.} {l.Ul.}

1.7.5. DETERMINACION SOBRE LA RECTA DE CARGA ESTATICA DE LOS PUNTOS EXTREMOS Qiy Q2 :

Qi e s e l punto Q ms ce rcan o a l e j e de a b e i s a s .Q2 e s e l punto Q ms cercan o a l e je de s a tu r a c i n .

Para llegar a ubicar a Qi y Q2 , previamente vamos a ubicar los puntos Qm y Qmque corresponden a y hp^ .Es decir que se trabaja con la variacin de IcQ respecto de hp ocasionada pordispersin de fabricacin y no con la variacin de hp por temperatura.La primera variacin** es superior a la segunda. Esta es la razn.

IV - V BB BE

Re h

{1.42.} CQm

A ICQ

FEm

J y ^ ^ CQ CBO

V - VBB BE {1.43.}

ocasionan desplazamientos hacia arriba de losBE puntos O y , si son variaciones originadasm M

por aumentos de la temperatura.

A ICQ V yCC

ocasionan desplazamientos de y tanto ha- e cia arriba como hacia abajo ya que A y

ARg pueden tener variaciones positivas o negativas.Para ubicar la posicin ms desfavorable de Qj se tiene:

CEO V,CQ

- A lBE V

CQ {1.44.}CC Re

1

El ptinto ms desfavotable para Qa es:+ A I^CQ2 " ^CQ ^CQ CQ

CBO

+ A I

V.CQ

BE CC

1.7.6. DETERMINACION DE LA UBICACION EXTREMA DE Q. Y Q PARA OBTENER UNA DADA; ' /

Se ve que la ubicacin de Qi y Qa define la Pg que se obtien (ver tringulos sombreados de la FIGURA 1.43.Recordemos que:

R,P = P s = 1. (superficie tringulos)p _ I - /2 S

2 * * 1/ ^

Es decir que I > ICQi - cPor otra parte:

ceP = - V2 R . ''ced

Ps 'd

Es decir que:V > V - V cez - CEQz SAT

1.7.7. FACTORES DE ESTABILIDAD CORRESPONDIENTES A POLARIZACION I CONSTANTE: B

FIGURA 1.44.

1 -38

CoiK) = constante> resulta: A I_^ L = o

Reanplazaado en la ecuacin {1.32.}, se obtiene:

^ ^ ^FE " ^ ^^CBO ^ ^FE * ^^CBO^CBO

Las variaciones de A ICQ^CB

son grandes.

Para el circuito polarizado por medio de un divisor de tensin tenamos;1 + ^TVSj = ----------^ ------ {1.34.}

^ Rg'T H "

Como conviene que los factores de estabilizacin sean chicos para que vare poco el Iqq , se tiene que el circuito de la FIGURA 1.44. estabiliza menos que el cir cuito de la FIGURA 1.40.Los factores S permiten comparar circuitos de polarizacin entre s.De la FIGURA 1.44.:

r _ ^CC y ^ T - ce B^E CQ ' B T^ "

( T ---T

Haciendo:

)FEiji

) _ B {1.50.} se tiene:^FEt

T = ^CC ^BE V S = igual formalmente a laCQ ~ D V AV D ecuacin {1.35.} pero

con distinto valor de D.Adems:

^ CC ''^ BE T - ^CC ''^ B^^c Qm - -T? C Q , "

^FEm ^ f ei

CQ

Es decir que- V.

1.7.8. FACTORES DE ESTABILIZACION PARA CIRCUITOS POLARIZADOS CON RESISTENCIA ENTRE C y B:

1-39

FIGURA 1.45.

^CC ^ ^ ^BE ' C^C ^C ^C " ^BE

AI. R,sr

Reemplazando en la ecuacin {1.39.} se obtiene:1 +hpr , ,----- {1.52.}

1 +h.

De la FIGURA 1.45. se obtiene:V - VT _ CC ''be X. co 1^CQ FC {1.53.}Rp . B^ ^ TTFE

Hacemos:

FE BE

Conviene que D sea grande para que Sy sea chico.Partiendo de la ecuacin {1.53.} se llega a una expresin similar a la {1.36.} pa ra . En lugar de R^ se debe colocar R^ .La expresin es:

A l I _ _ k + k CShRb ^ R ,

{1.55.}

Se o b tie n e n v a lo r e s mas b a jo s de S p a r a e l c i r c u i t o p o la r iz a d o con d iv i s o r de ten s io n y Re

1 . 7 . 9 . DETERMINACION DE Y S r ^ EN EL CIR CU ITO DE POLARIZACION

F I J A :

E l c irc u ito de la FIGURA 1.44. posee:

1 -40

IV - V V - VCC BE CC BE AI,

CQ*Ve

Tambin se puede poner:

5?'r{1.56.} ( este factor puede ser muy impor

tante).

T - hpp CC BE ^CQ

V - V.

A L{1.57,}

1.7.10. DETERMINACION DE y Sr ^ PARA POLARIZACION CON RESISTENCIAS ENTRE C y B :

Para el circuito de la FIGURA 1.45. se tiene:

AI RCQ

B-D- CC FE

Adems: AICQc a r :V - V. CC BE

D^

Y finalmente:AICQ V CQCC Re

Ejemplo:Dado el siguiente circuito determinar el punto de trabajo Q, los facto

res de estabilizacin y las potencias en juego.510 T r ) BD 137

^2= 68fi V " 42V 0,1 V

^C= 68 T = 65>caR = e 12Q Tolerancia de R del e

lOOfiS Ci

v w ' d

0 2

" ! L

DeterminaciSn del punto Q de trabajo a 25 C.RfiV = V = 42 ____ = 4 94 VBB '^ CC + Rj. 68 + 510 ^

V - Vj BB BE 4,94 - 0,7' fin " 19 + ^0

\ - 1 ^

Suponemos prijnero nulo el trmino que contiene a h :

Con el valor de esta corriente se entra en el manual y usando el grfico de hyg = ( ) se obtiene = 80 .

Recalcvilamos I : j _ ^,9*+ - 0,7 _ .CQ I(,(j - - --IQ -80

Volviendo a usar el grfico ya mencionado se obtiene: - 85 .Recalculamos 1^^ con el nuevo valor dePrcticamente no cambia el valor de y por consiguiente no seguimos iterando.^CEQ-= ^CC - ^CQ ^\ ^ - 0,332 ( 12 + 68 ). = 15,44 V

332 mA 15,44 V

Se verifica que 0,75 (60 V)

Se verifica que ^CC y < 21VCEQ. 2 CEQ

Determinacin de los factores de estabilizacin:1 + ^FE 1 + 8 5 _ r

I = ------ H Ti = " ' 85 T'12-- -1 + T T - n ^

0.078 U

El fabricante suministra la siguiente informacin:Para = 150 mA el = 40 y el = 160

m MUsando el grfico de ) se obtiene:

Para I = 150 mA un = 95 .L rPara el punto Q con que trabajamos recordemos que: h = 85

Se puede determinar la siguiente relacin: hp^ ( 332mA ) gghpET C ISOmA ) 95

1-42

y por medio de esa relacin los valores de h y h que corresponden a 332 mA.M in

C 332n,A ) = ( 150mA ) . = 160 .

*'fE * 332mA ) = ( ISOniA ) . 95 = tO 95 = ^5

Las ecuaciones de arriba corresponden a la aplicacin de una regla de tres simple. Estas dispersiones del h originan desplazamientos del punto Q.r ili

V - VT BB b e .= ---------- ----- = -------- - ----- = 3HlmACQM 12 , 60R + - 11+3

V - VT BB b e i+,2H .^CQ = ---------- R = ; '60---- =

R + , ^ * ^ 5 ^*

Se opta por considerar la variacin de 1^^ debido a la dispersin de en lu -gar de la variacin de I debido a la variacin trmica de h .

= 0,0092 u1 ^2 1 68___ _^Vcc " " , 6 0 68 + 510

% e = - = -------- ---------- = - 0 ,026 A/fi( 12,7 )2

Clculo de A 1^^^ :Para 25 C se tiene = 100 mA (manual)LbiPara 35 C se tiene 200 nA , para 45 C se tiene 400 nA, para 55 C se tiene 800 nA y para 65 'Por lo tanto:nA y para 65 C se tiene = 1 , 6 yA.CB2

''^CBO = 'c B02 'cBOl = 1.6 MA - 0.1 VA = 1,5 VAClculo de A V :

AVg^ = - K . AT = - 2,5 mV/c . t+oc = - lOOmV = - 0,1 V

Por otra parte es dato AV^^ = + 0,1 V

Clculo de A R :4R^ = 5% . = . 12 = 0,6 a

Clculo de los debidos a AV^^, y AR^ .

AICQ Sj . AI^gQ - 5,67 . 1,5 yA = 8,5 yA^CBO

Por ser el transistor de Si, esta variacin es muy pequea y en lo sucesivo la despreciamos.

AICQ V V - BEBE

1-4 ^.

AI CQ = = 0 ,0092 u . 0,1 V = 0,92 mAV CC

AICQ = Sr . R = _ 0,026 A/n . ( - 0,6 ) = 15,6 mA R

Determinacin de I., e I^ :CQi CQ2

+ AI^ - AI^^ - AI^CQ CQ CQC^BO ^BE ^CC R

= 310mA + O + 7,8 mA + ( - 0,92 mA - 15,6 mA ) = 301mA

ICBO BE VCQ

CC RI- = 341mA + O + 7,8 mA + 0,92 mA + 15,6 mA = 365mA

Para Q-i se obtiene ; I = I = 301mA , R = R j I R^ = 4-0 SCj^ CQ^ d C ' ij

Si

R,% = \ K A , = 68 f 100 = *

Para Qa se obtiene;

''CEQJ = '^CC - IcQ2 ( Rc " \ lO ( 12 68 ) = 12,8 VSuponiendo una V - 1 V se tiene:

SAT

Vc62 ^CEQ2 * ^CE SAT

P. = P,

^ceo f 11 8= 12,8 - 1 = 11,8 V , Ps, = = V , ..0-^ - =

R,L2 S2 R^ + Rj^ = 1, 74 .

6868 + 100

d

= 704 mW

1-44

Se puede calcular :

^CEQl . 80 = 17,92 V

Calculo de la potencia dieipada:

P = I V dQl CQl . CEQl

^dQl ^

P = I V dQ2 ^CQ2 . CEQ2

PdQ2 ^ . 12,8 = 4,67 WJonhrc

Si hacemos : j^ -

Entonces :0 , + 0, = 4 C/

1.8. CORRIDA TfimiCA :

Cono consectencia de la potencia disipada por la juntura B - C, aumenta la temperatura de dicha jimtura (Tj ). Un aumento de Tj causa un desplazamiento del punto Q en el sentida de aumentar la corriente de colector ( Ic )El ausento de origina un aposento de la potencia disipada en la juntura (funda mentalmente si Vqe cambia poco al aumentar Ic ). Este aumento de P origina un au ment de Ic y as sucesivamente.Si este proceso llamado de corrida trmica continua puede deteriorarse permanentemente el transistor.Vamos a analizar como evitar que dicho proceso contine.Recordemos que en rgimen permanente.

T. -T

Derivamos P , respecto de T . ; d3 d i

1 jadonde v es la velocidad con la cual se disipa el calor de la juntura B - C en rgimen permanente.La velocidad de disipacin del calor de la juntura es inversamente proporcional a la resistencia trmica 6.

e. =e. + 6,+6,]a ]C cd daSe entiende que para = cte, se genera calor en la juntura B - C debido a la circulacin de la corriente Ic y a la tensin Vcg - V ce Entonces para dicha jtmtura existe una

P = T V dT '* CESe debe cumplir qu la velocidad con que se genera calor en la juntura debi^ do a la accin de la Pdx sea menor que la velocidad de disipacin de la juntura dada por la ecicin {1.59.}Es decir :

9 PdT' < V ( v ' = ^ ) < V {1.60.}iEs decir :

, 1 {1.61.} , 5*dT 1 (1.62.13T. "-0

9 ICon __2_ y --- son positivas, para asegurar la desigualdad {1.62.} basta

j ja 3P sea negativa. Esta condicin es suficiente pero3 Icno necesaria (no es imprescindible).

Supongamos que trabajamos con un circuito que posee resistencia de emisor;

^dT " ^C ' ^CB ~ ^C * \ e , ^dT ^C * ^^CC ^C ^ S T ^

donde

3P.dT ^C ^CC ^C ^ S T 8 I ~ ^CC " ^ ^C ^ S T { 1.63.}

1-46

Como reemplazando e'ti {1.63.} se tiene:

Para que la ecuacin {1.64.} sea negativa :

2 V < V ^ CE CC

\ c ^ ^CE ^ ^^CC

^CC V < CE 2 {1.65.}

Condicion suficiente pero no necesaria para evitar la corrida trmica. Volvemos a la ecuacin {1.52.} para tratarla en forma general.

9 PdT a IT T t t :1

< - A {1.62.}C j la

Se ha visto que la variacin de Iq se puede expresar como

Derivando respecto de T-: se tiene :3 I, 3 I(J e CBO c a.

Xteterminscloti de Q :

BB ~ ^CC ^ 27 + 510 ^ ^\ II ^2 ^ ^

Adoptando un h_ = 95 se obtiene:Ipo = ' --- - llSmA

VcEQ = \ c - IcQ ( Re ( 12 + 8 ) = 39,7 VNo se cumple que Vpp

VCEQ < - ^Debe analizarse :

'^^CBO o. ^ F E 1 ^^CC ~ ^ ^CQ ^EST ) ( Sj + Sy r^. + Shpg )

e.

Ganancia de potencia :

"PS Avs . Ajg

2-43

PAobZema :

BC 548 B

E3 circuito es el de la FIGURA 2.45.

PATOS :

R = 1 K2 e= 10 Kfi Vcc = 15 V

Q con = 1 mARj^ = 50 K Rg = 15 K2

Para la polarizacin actuamos sobre el circuito de abajo

Deobtenemos :

FE 10mEn la hoja de datos = 200

1 Kfi . 200 10 = 20 Kfi

De la malla I se obtiene:

I

BB

= S * V,, Ico . R,

+ 0,7 -k 1 = 1.77U V

BB

1 . 10* . 20 . 10270

CC 1R_ = --- R_ = fr 20 Kfl = 169 Kfi

R. = 'i 169 Kfi , 20 KR2 R. - Rg (169 - 20)Kfi

Adoptamos como valores normalizados :

R^ = 180 Kfi

= 22,68 Kfi

R^ = 22 Kfi

Verificacin :R

= V,BB CC R^ + Rg 202 Kfi

Rg = R^ I I Rg = 180 Kfi I I 22 Kfi = 1 9 ,6 Kfi

2-44

, _ " ^BE _ 1,63 - 0,7^ C Q ---------------- R - - * _ 1^00- - ^

R + e1000 + 270

Podemos quedarnos con este punto Q.

R. = h. + . R1 le fe eDe la hoja de datos :

= 330fe h. = 7 K2 le

R. = 7K + 330 . l K = 3 3 7 Kn ' 1

R - . = R I I R . = 19,6 Kfi I I 3 37 Kfi = 18,5 K** A 1

A = _ h __^*^fe Ri.

DondeRd = Rq I I 10 K I I 50 Kfi = 8,33 Kfi

\ = -330 . 8,33

337

RA v s = \ T q - n ^ (18,5 + 15)K

R,= 330 1010 + 50 = 55

= 55 19^619,6 + 337 = 3

Apc = v^s = 3 . 4,1+2 = 13,32

2.10.1. INVERSOR DE FASE :

Sea el circuito de la FIGURA 2.50. cuyo circuito de pola r i z a c i n ya ha sido analizado.

2-45

FIGURA 2.50.

*01

FIGURA 2.51,

FIGURA 2.52. (a)

2-46

Absorbemos el primer geYxerador controlado y obtenemos ;

FIGURA2.52.(c)

Las fases pueden observarse en la FIGURA 2.52.(c).La carga de emisor "ve" una resistencia de salida baja y la carga de colector 've' una resistencia de salida ms alta. Debido a ello puede necesitarse un ajuste experimental del valor de R , por ejemplo, para ajustar

'Oi '02

2.11. COMPENSACION :

El circuito de polarizacin de divisor resistivo y Rg permite apantallar las variaciones de , de origen trmico o por dispersin. Cuando adems, serequiere disminuir en los transistores de Si la variacin de Iq q debido a la variacin de la V b e con la temperatura se puede aumentar la resistencia de emisor Rg , con lo cual disminuye Sy. Ecuacin 2.52.)Recorderos que :

{2.52.}

y que :R,

CQV - V BB BE

D

V _____ t_____ VCC R^ + R^ BE

D{2.53.}

El aumento de la Rg tiene un lmite impuesto por la disminucin de I^q , o bien por el aumento de ^CC segn indica la ecuacin {2.53.}

2.11.1. Cuando se requiere un factor de estabilizacin Sy bien bajo es aconsejable el uso de un diodo compensador FIGURA 2.53.

2-47

.'fcc

Vcc .BB

{2.55.}BB Rj + Rj ' \ ''2

Rj = Ri II (Rj + Rj)

Siendo Rj) la resistencia esttica del diodo. De acuerdo con la FIGURA 2.55. se tiene :

{2.56.}

IV - V BB BE

CQR +

V - V BB BED

R bW \ A

b ^ VVbe^

Vbb

FIGURA2.55.

2-48

Reemplazando por la {2.55.} obtenemos :DD

R, + R2 - V

CQ D

BE{2.57.}

^'CQ . AT'

Suponiendo :

AV, AV.D- (

BEA T A T

AV,A T

AV.BE

A Tse tiene

A I

A T

A I

A T

A V BEA T

- A VBEA T

R. A V BERl -HR2

{ 1 -

A T

R, ^ R 2

A I CQA V BE R.

D Rj + R2

A I CQ R.

BE D R, . R 2{2.58.}

Sin el uso del diodo se tena un factor de estabilizacin

Sy = -Con el uso del diodo disminuimos debido al cociente

Es evidente que conviene hacer R^ R^^2

P f i o b l m a :

1) Para el siguiente circuito calcular a 25 C.2 ) Determinar A I ^ para una T = 9 5 C.CQ 33) Calcular R^ ^ .140) Verificar que no se tengan recortes.

PATOS :BC 5U8 B Rg = 1 Kfi Vcc = 12 V

% = 10 Kfi Rl = 10 KS7 Vq = 3 V

R2RsVs

1 Kfi 3 K2 100 mV

2-49

= - 2 mV/oc

AV,BE-jY~ = - 2,5 mV/oc

Ta = 95 C

1) Q a 25 C :

R, . R , 11

Corriente suficiente como para mantener al diodo conduciendo adecuadamenteC = 0,7 V ).

La resistencia esttica del diodo es :

I I ( + Rp ) = 10 K I 1 1,7 K = 1,45 Kfi

V - V r = BB BECQ " n

R + - V ^

1,727 - 0,71000 + l^ tSO270

1,727 - 0,7 1005,37 = 1,0215 mA a 25C

2) Suponemos que se duplica con el A T = 70 C

FE = 54095 C

FE= 1000 + = 1002,685 Q

95 C

2-50

ICQ

A I

V - V BB BED

CQ AV_

V + - C C ___ !d.'^ D ^ R. + R

V - VK -2 BE

D

A AD BEA T

A I

A T

CQA T

'A I

1002,685 f -

R, A T A T

C 11 2 ^ + 2,5C

CQ 1A T

T.0,68

1002,685

mV

( 0,5 0 , 1 8 ^ ) =0,58

C

mVC

C 0,68

C

mVC

CQ 1002,685

veamos el circuito dinmico :

1002,685

1002,685

70 C = 47,5 UA

Como ^3 del diodo es pequea se puede poner :

Rg^ ^ ! I R^ = 1 Kfi I I 10 Kfi 910 2

De los datos :VA O 3 V/ -^ Vs = T^ = ,, = 30

(hoja de datos) = 7500

Vs

RsW N A

Ib

0 hie RrR lA

2-51

Ri^ = Rg II = 910 I I 7500 2 = 811 n

\ R. + RglA

lA 811

\% "fe X "d n

\.. R ^ -h.leKfe

= 3204 !

n _ \ ^ 320H . 10000 _ 320t|0 . 10^ - u 7 kOC R^ " 10000 - 3204 6796

Es el mnimo valor de R^ que asegura la ganancia Ay^ = 30Podramos elegir una resistencia normalizada mayor; por ejemplo 5,2 Kfl 6 5,6 K2Cuanto mayor sea Rq tanto mas est asegurado el valor de Ay^ .Pero si aumenta mu cho R(2 disminuye

VcEQ = ^SAT (Este es el valor mnimo de necesario)

Vemos que :

V, 'CM

Rd,m 3204= 0,93 mA

Y - Vppn CC CEQmCQ

CC n _ 12 - 4 _CQ

- 10" = 7 Kfi

Podemos tomar un valor intermedio de R^ entre 4,7 Kfi y 7 Kfi. Por ejemplo elegir R^ = 5600

Recalculamos :

Rd = R^ 1 1 = 5,6 K2 1 I 10 Kn = 3,59 Kfi

2-52

\ l = "fe

^a 811" \ Ri^ + Rg " 811 + 3000 " ^

le

"o= -R- = -3-3 -9-Kfl = mA < ICO

- 12 - 6,6 = 5,4 V > H V

2-53

CAPITULO 3

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

F, E. T.

3.1. Denominamos as a la siguiente familia de dispositivos unipolares :

_ l - n

FIGURA 3.1.

3-1

Bsicamente posee dos divisiones tecnolgicas, los de juntura y de compuerta aislada.En los transistores unipolares de juntura la flecha indica el material de compuer ta.Si la flecha entra en la compuerta el material de la misma es P (el canal es N).Si la flecha sale de la compuerta el material de la misma es N fel c^anal es P''.En los transistores unipolares de compuerta aislada la flecha indica el material del sustrato.Si la flecha es entrante el material del sxabstrato es P (el canal es N) . Si la flecha es saliente el material es N (el canal es P).Tomaremos como ejemplo en el anlisis, por razones de simplicidad, los transistores de canal N, sabiendo que todas las tensiones y corrientes en los de canal P son opuestas.

3.1.1. CARACTERISTICAS DE TRANSFERENCIA Y SALIDA :

Las caractersticas de transferencia y salida son respectivamente las siguientes :

a) Transistor de juntura (J-FET) - Canal N.

-Vr,e = OV

FIGURA 3.2.(a) FIGURA 3.2.(b)

TD

FIGURA 3.2.

b) Transistor de compuerta aislada de canal permanente (MOSFET) - Canal N.

3-2

FIGURA 3.3.(b)

&

FIGURA 3.3.(a)

rFIGURA 3.3.

En ambos dispositivos de la caracterstica de transferencia surge que

Vlida para :

> V p GS {3.2.}

c) Transistor de compuerta aislada de canal inducido (MOSFET) - Canal N.

3-3

(2V)

FIGURA .4.(a) FIGURA 3.i+.(b)

FIGURA 3.it.

Se obtiene la siguiente expresin :

vlida para :

{3.3.}

> V GS T {3.4.}

En el J-FET, la mxima corriente esttica de drenaje es Id s S Puesto que para superar este valor Vgg debe ser positivo, comenzando as a conducir la juntura compuerta-fuente.Si ello ocurre se deteriora permanentemente el transistor.Al no existir una juntura propiamente dicha entre estos terminales en el transistor de canal permanente, V q s puede ser positiva, estando su valor limitado por la rigidez dielctrica de la capa aislante del xido de silicio entre la compuerta y el canal.Para ambos la tensin de bloqueo Vp es la que anula la corriente de drenaje Ip . En el transistor de canal inducido la mnima tensin compuerta-fuente que produce la formacion del canal, permitiendo una corriente apreciable es la tensin de umbral V t

3-4

In todos los grficos anteriores, las tensiones y corrientes numricamente indica das representan valores tpicos para transistores de baja seal. Ejemplo de stos son el 2A 267 ( J - ^ O y el 3N 128 (MOSFET) .La limitacin para obtener un dispositivo unipolar que operara en regmenes de po tencia se debe a la baja densidad de corriente en el canal construido con tecnolo ga horizontal. Para lograr alta densidad de corriente, la pastilla semiconductora es de dimensiones excesivas; su costo comparativo con los bipolares equivalentes es alto.En 1975 se desarroll un MOSFET con tecnologa vertical (V-MOS) de canal inducido con capacidad de manejo de grandes corrientes (10 A) y tensiones (80 V).

3.1.2. COMPARACION DE TRANSISTOR UNIPOLAR CON EL BIPOLAR :

Comparando el transistor unipolar con el bipolar se observa lo siguiente:

Transconductancia (gm)En el catulo II se vio que para los transistores bipolares :

p = t+0 . I ^ V ' CQ

Se 4

Ig s s tiene en el J-FET el mismo carcter que IcBO transistor bipolar.En el J-FET, Iq SS tpicamente vale de 1 a 10 nA (25 C).En el MOSFET, vale de 10 pA a 1 nA (25 C).Para el V-MOS, Igs_S = 100 nA (MAX) para = 125 C.En el transistor unipolar se tiene :

T T negativo, frente al cT T positivo del bipolar.

Con lo cual al trabajar con elevados niveles de potencia presenta la ventaja de no embalarse trmicamente.O se& que al aumentar la temperatura de juntura, la corriente de drenaje tiende a valores menores.Sabemos que todos los transistores unipolares poseen solo un tipo de portadores controlados por un campo elctrico, por lo cual no existe la recombinacion de por tadores minoritarios en la zona activa como en los bipolares.Por esta razn los FET son dispositivos muy rpidos.En un V-MOS para conmutar de O a 1 A, se obtienen tiempos del orden de los 4 nseg. Es aproximadamente de 10 a 200 veces ms rpido que el bipolar en igual condicion de trabajo.

3.1.3. DETERMINACION DEL PUNTO DE TRABAJO ESTATICO :Los parmetros estticos del transistor de la FIGURA 3.6. son :

+ ^DD

Id s s =

Del circuito :Rp=2 KP

Recorriendo la malla de compuerta en el sentido indicado obtenemos;

^GS ''gG = ''gb = .-''gG = - ^ "

De la ecuacin {3.1.} :

V= 10 mA 1 - ~

Obtenemos :

Recorriendo la malla de drenaje ;

3-6

dq

'^DD = ''dSQ ^ ' d Q

' d SQ = ' d D - Idq Rj, ' 12 V - 2 , 5 t . 2 K = 7 V

Verificamos la condicin de canal saturado (operacion dentro de la caracterstica de salida plana); aplicando la ecuacin {3.2.}

> V p GS

7 V > 4 V - 2 V

7 V > 2 V (correcto)

De la malla de salida tenemos :V - VDD DS para el trazado de RCE se

parte de :

V DD = 6 mA

Trazando la recta de carga esttica sobre las caractersticas de salida, verificamos el punto Q :

3.1.4, AUTOPOLARIZACION

3-7

Una fonoa de eliminar la fuente V es generar una tensin debida a que polarice negativamente la compuerta segn el siguiente esquema :

^GSS

''k g - o

FIGURA 3.7.

Circulando una corriente tenemos en la malla de compuerta :

''g s q =

{3.5.}

El transistor de la FIGURA 3.7. tiene los mismos parmetros estticos que el de la FIGURA 3.6. y las dos fuentes V j)d son iguales :

= 2 K

El objetivo es ubicar el punto Q con 1^ ^^ = 2,5 mA Despejando V._- de la {3.1.} se obtiene :Csby

DSS DSS

V = - 2 V GSQ

De la ecuacin {3.5.} calculamos R

- V.R =

Para calcular se recorre la malla de drenaje :

% D = ''dSQ ^ 'dQ =

3-8

\ S 0 = ( R j , t R ) = 12 - 2 , 5 . 2 ,8 2 =. 6 V

Reemplazando :V = 5 V , verificamos la {3.2.}DbQ

5 V > + V - 2 V

5 V > 2 V

N o t a o s que V d s q se redujo de 7 V a 5 V, diferencia igual a la cada en R, puesto que se manttivo invariable .

3.2. ANALISIS DE UNA ETAPA CON SEALES FUERTES USANDO V-MOS:

+ ^ 30

a)

R^ = 650R2 = 100^ = 250

h - "50 R = 22 2

V d d = VT = HO 'ca2N 6660

V.DDBV,DSS

45 V 60 V

mn

b) Clculo de I

= 0,75 coeficiente adecuado ya que se trabaja tpicamente con 0,8 en los MOS verticales.

DQ El circuito de continua queda as

+

FIGURA 3.9.

3-9

Aplicando THEVENIN en e l sentido de la flech a tenemos :

V = V ----- =--GG DD + R2 Rg = R^ II R2 = 86.6 Kfi

Reemplazando :

'GG 750 KS?

Recorriendo la malla de entrada :

= 6 V

. R_ = O , que luego verificaremos, queda :Goo C3

''g S {3.9.)

Al no conocer Id se aplica iterativamente la {3.9.} y la {3.3.} El punto donde la RCE corta al eje Ip es :

'^ 00Rd+ R

VDD+ R

DD 1+5 V250 n+22

Por un lado se tiene que ;

^GS = . R

por otra parte de la {3.3.} es :

= 165 mA . Se debe comenzar a iterar con una< 165 mA

V = V GS T

{3.9.}

donde K se obtiene del manual: I_ = I_ = 1 A (mn) para V_- = 10 VD D UN; bb

= 0,8 V (mn)

Es :Id = K c Vgg - , de donde :

5-10

K = Reemplazando

Asumimos por ejemplo = 80 mA , se obtiene :

V^S - 0,8 V . 8012 = 3,38 V

Vc = 6 V - 80 mA . 22 = 4,24 VGo

Para analizar estos reisultados grafleamos la {3.3.} y la {3.9.} en el planoId Ves

Donde (A) es el grfico de la {3.3.} y (B) de la {3.9.}El clculo anterior es equivalente a construir la figura anterior en escala y entrar por ordenadas con 80 mA; el resultado hubiera sido de (A) 3,38 V y de (B) +,24 V Si el resultado de (B) supera al de (A) es porque la corriente propuesta es inferior a Ij)Q . Si (A) supera a (B) ocurre lo contrario.Construiremos la siguiente tabla asignando valores a Id en funcin de las conclusiones anteriores :

\ s (B) (A)mA \I V80 4,24 3,38

120 3.36 3,9690 4.02 3,53

100 3,8 3,68110 3.58 3,82105 3.69 3,75102 3,75 3,71

__

103 3,73 3.729----- ------

3-11

Si bien Id q = 103 mA, teniendo en cuenta la dispersin en los parmetros del tran sistor y tolerancias de las resistencias del circuito es aceptable un valor por ejemplo de 100 mA por simplicidad de los posteriores clculos.Concluimos con = 100 mA y = 3,75 Vvj bbyEn la ecuacin {3.9.} hemos despreciado I.__ . R_Cabo GDel manual:

= 500 nA a 125 C^^^(mx)

1^ 00 . = 500 nA . 86,6 Kfi = 3,3 mVbbb V3Si se hace el cociente :

V = ^ = 86 Es un coeficiente extremadamente alto, mas

GSS G * an considerando que la temperatura de operacin del amplificador es de 40 C.

c) Clculo de ^qsQ saturado.

Recorriendo la malla de drenaje en la FIGURA 3.10. obtenemos :

V,DS = V d d - Ip ( Rj) + R ) = ^5 V - 100 mA C 250 + 22 ) = 17,8 V

Verificamos la condicin de canal saturado, aplicando la ecuacin {3.4.}

> GS T

17,8 > 2,95 V

d) Potencia disipada por el transistor :

Anlogamente a la expresin utilizada para el transistor bipolar, se demuestra que :

Pdx = Vpg . IpQ = 17,8 V . 100 niA = 1,78 WDQ

e) Clculo del disipador

Del manual, Ph - 750 mW a 25 C

En el punto d) se obtuvo :?d^ = 1,78 W

Al ser :?d^ > se necesita el uso de disipador.

Del manual se extrae que :

Tj^ = 150 OQ y = 15 C/W

Es ;

3 - 1 2

Tj - T% = e.-te. te. ]C da cd

Ti - T 0 , + e , = - e .da cd P 3c

Reemplazando :

Estimando :

da * cd ^ - --Ani- - 15 C/W = 47 C/W1,78 W

0, = 45 C/Wda

f) Trazado de RCE y RCD ;De la malla de salida se obtiene:

V,DD = 162,5 mA y = 45 V .

Graficando :

Vd s(V)

Para trazar la RCD partiendo del punto Q se calcula :

Donde :

A V = - I . R, , obteniendo el punto N.DQ u

Rd = II R^ = 250 II 150 n = 94

A V = 100 mA . 94 n = 9,4 V

Grficamente

3-13

A partir del punt Q o b t ^ m >8 de la misma forma el punto M, de excursin simtri ca. En las caractersticas de salida la parbola dada por la {3.3.} para valores de

_ VGS TDS separa la caracterstica resistiva de la zona plana.Debe verificarse que el punto M est a la derecha de la parbola para garantizaruna excursin V, = 9.M- V .ds *Por simetra :

= 200 mA

De la ecuacin {3.3.} calculamos V_. en el punto M :ob

-

Correspondiendo a :V.DS

DS

''Id m = 0,T ~

VGS

+ ,88 V - 0,

20012

= 4,88 V

V

Atravs de la RCD obtenemos que cuando 1 ^ = 1 Dm es :

V = - 9,^ V =. 18 V - 9,H V = 8.6 V

Puesto que = 8,6 V supera los U V el transistor no entra en la zona ohmica.Grficamente se tiene que el punto M est a la derecha de la parbola de separacin; correcto.

Zona Rasthra

g) Clculo de Pg ;

3-14

Vds/ F

ds d/ y

Reemplazando :I = 100 mA y c = 9,4 V se tiene que :

h) Rendimiento de conversin :

= -TDD

Reemplazando :

P = V DD DD Ipp ; los resistores y R2 son muy eleva vados en el FET para evaluar su consumo.

3.3. MODELO DE BAJA SEAL PARA EL TRANSISTOR UNIPOLAR :Sabemos que el transistor unipolar es un dispositivo de comportamiento ali

neal; lo que es consecuencia directa del carcter cuadrtico de su caracterstica de transferencia. Ver ecuaciones {3.1.} y {3.3.}.Se demuestra que dicha alinealidad produce un efecto despreciable en el funcionamiento dinmico del amplificador cuando ste maneja seales dbiles (en bajo nivel) . Bajo estas condiciones de operacin el FET puede tratarse como un dispositivo lineal.Para obtener el modelo lineal se puede recurrir a la FIGURA 3.1., 3.2. 3.3.F(ftnnalmente expresamos la corriente de drenaje como una funcin de la tensin de compuerta y de la tensin de drenaje . Es decir que

Si VGS DSvaran incrementalmente, la variacin de -Cj) est dada aproximadamente por los dos primeros trminos de la serie de TAYLOR :

9 i.8vGS

3 iDDS

Adoptamos la siguiente notacin :

. AvDS^^GS

{3.10}

GS gs " ^ds

3-15

Definimos :

a) Transconductancia

III 9 VGS

Ax:,A u

d dA = 0 V A = 0 V

DS gs DS gsGS

b) Resistencia de drenaje-fuente (de Salida) :

{3.11.}

8 uGS {3.12.}

A ^ ^ DS ^ds ^ds

^ " gs= 0 ^d

"^GS = i "g s =

Reemplazando en la {3.10. } se obtiene ;

= 11, u + i gs ^ds

{3.13.}

donde :

r,

Usualmente en las hojas de datos se emplea otra nomenclatura, por ejemplo en fuen te comn :

yfs y21s y. yos = gd ds

La ecuacin {3.13.} permite construir el siguiente circuito equivalente ;

os

FIGURA 3.11.

La corriente entrante al nodo D es :

X, = g . u + u,d gs ds

3.3.1. CALCULO DE LA TRANSCONDUCTANCIA : 3-16

a) Para el J-FET y MOS-FET de canal peraanente, de la {3.1.} para valores totales se tiene :

- - T r . ^GS .2 DSS ^ ^ ^

Al ser :+ V se tiene que :GS GS gs ^

V V - T ir, GS gs ,2DSS * Vp ^ Vp ^

V V V uj { r 1 - '1 ^ - 2 f 1 - T + f gs -v 2-1= S s s ^ ^ ^ Vp J 2 [1 V p W p + ^ Vp ^ ^

Al operar en bajo nivel, eliminamos el trmino cuadrtico dinmico.Queda por lo tanto :

= ' d s s f ^ 2 ' d s s f ^ ^

= Ip + igualando :

V V uI = 1 r 1 _ _ 5 _ V e - = - 2 1 1 ____ 25 ) . DSS Vp ^ d DSS ^ Vp ^ Vp

Al ser : -t-dp r --------------------- resulta :v;gs

Cuando la polarizacin de compuerta es nula (V = O ) se obtiene :Gd

g_ = - 2 {3.15.} Reemplazando en la {3.14.} "p

V gs

Valores tpicos de gjjj^ estn en el rango de 1 a 20 mu. Al tener Vp e Ij^ gg signos opuestos es positivo. Operando con la {3.1.} y la {3.16.} ;

3- 17

1 = 1 GS .2 . (-1 GS .2 D'd 'd SS Vp ^ Vp ^

V V I

De donde :

La mxima d e l J - F E T e s con V q ^ - O .

P a r a c a l c u l a r e l v a l o r mximo de g^, en e l MOSFET de c a n a l perm anente debe reemp l a z a r s e en l a { 3 . 1 7 . } I p por I d ( o n ) t r a n s i s t o r .

b) P a r a e l MOSFET de c a n a l i n d u c i d o , de l a { 3 . 3 . } , s e o b t i e n e p a r a v a l o r e s t o t a l e s :

% = I'

I d " "d = '( ''gs " gs - V ' = " ' ( ' ' g s - ^ t I - =

'd * "a = 2 "t'^GS -''t - V ^

De donde :

De l a 3 . 3 . }

\ ' \ - V = / Re e mpl a z a ndo s e l l e g a a :(jO T / K

Se e s p e c i f i c a en l o s m a n u a le s e l v a l o r de t r a n s c o n d u c t a n c i a ( gjn/\ ) p a r a un v a l o r p a r t i c u l a r de ^Da r e s u l t a :

gniA ^ 2 / k . Es d e c i r (jue :

Por l o t a n t o ;2 / Ida

g = 2 / x . / T F = 2 / T ^ . ^

F i n a l m e n t e ;

=m y It {3 .1 8 .}^Da

3-18

Conociendo Id^ y Suia puede obtener para cualquier otro valor de .Analizando hojas de datos de J-FETS y MOSFETS se observa que los valores de trans conductancia gm da unos y otros son ciertamente parecidos, de 0,1 a 20 mu.

En relacin a la resistencia dinmica de salida r en los primeros es fuertemente ms elevada que en los MOSFETS. Estos tienen valores de 1 a 50 K , mientras que los J-FETS van desde 0,1 a 1 M.

3 . 4 . AM PLIFICADOR UNIPOLAR DE BAJO N IV EL :

A

Reemplazando al transistor por su circuito equivalente, en el rango de frecuencias medias, donde las capacidades de acople y de paso, conjuntamente con V. presentan impedancia nula, se obtiene : DD

R os

V = - g .V f ----^O gs '' r , + R^ gs

d '^ d " ''d

Suponiendo resulta :a d

R. {3.19.}

Si en cambio r , = 5 R, se obtiene A, = 0,83 g . R,Q a V m dAplicando la {3.19.} generalmente no se introducen errores superiores del 10 al20 % , resultando tolerable si se tiene en cuenta el peso que introduce la dispersi5n de g^ .

Amplificacin de tensin referida al generador Ayo :

Avs - gs _V.g s

Sm . R.5-19

Se obtiene por inspeccin :

V = ''d I %

En el amplificador de la FIGURA 3.12. (unipolar) con J-FET, calcular R) para obtener |AvI ^ 1 0 .

VATOS :

I d s s = 1 . I"A

>DQ =R_ = 1 M2 GR = 100 KfiO

Vp = - 2 V (Canal N)

= 100 Kfi

a) Clculo de g :mDe la ecuacin {3.16.}

VGS

'm V. ) , siendo :

V,= 1,60 n,u(l -

GS ) De la {3,1.} se obtiene

V = V ( 1 - / -22-GS p ^ / Id s s

) = - 2 V. (1 - / T ; ^ ) = - 0,585 V

m = 1,60 mU ( 1 -

b^ Clculo de R^ :

De la {3.19.} I^v 10 = 8,84 K]1,13 mU

Si adoptamos R^ = 10 Kfi , R^ = 10 Kfi 100 Kfi == 9,1 K > 8,84 K

c) Clculo de , canal bloqueado :

En continua tenemos el siguiente esquema :

3-20

+ '^ DO

Recorriendo la toalla de drenaje :

Vos = (R^ + R) = 24 V - 0,8 mA (10 Kfi + R)

De la {3.5.} calculamos :

R = _ - -- l = 731 aI 0,8 mA

Se adopta R = 750 2 (valor normalizado) es ;

V_ = 24 V - 0,8 mA ( 10 Kfi + 750 } - 15 V

|Vp| - IV^ gl = I- 2 vi - 1- 0,585 V| = 1,41 V

Como V = 15 V es :Do

15 V > 1,41 V . Se verifica la condicin de canal bloqueado,

3.5. DRENAJE COMUN (SEGUIDOR DE FUENTE) :

Sea la siguiente configuracin :

3-21

Es V_ = - . R (Polarizacin negativa).bb DAnlisis de baja seal :

e . V = g . V . - g . V ^ Circuitalmente el generador controlado^ as 1 O j jpuede ser reemplazando por dosgeneradores segn el siguiente esquema :

Rs G

El generador . Vq est ubicado entre los extremos de Vq . Se puede obtener la misma corriente, g^j^ . V q colocando en lugar del generador una conductancia g^^^ . La corriente a travs de la conductancia g^ es precisamente g^ . V qObtenemos as :

Vb

R^g Rg + Rg

Resistencia de salida :

3-22

Debido a que ----

V.GG

Sin embargo conviene usar un circuito que presente una derivacin en R como se muestra en la FIGURA.

^ Vr ^ W V H I

R l

La corriente continua que circula por Rg es despreciable. La polarizacin entrecompuerta y fuente se obtiene a travs de la cada de tensin sobre R. .

A

V = - I . RGSQ DQ A

Rg se elije en funcin del valor de V^g requerido, especificndose .

DSQ

Haciendo :

^ \

^DSQ ~ ^DD " ^DQ ^

El circuito equivalente para la seal es el siguiente

3-24

Se busca que : V.1 Por lo tanto ^ tambin V ->

Entonces : V. - VI. = ----- -> O

1 Rg

Despreciando la pequea corriente de seal que circula por queda :

V O TUV. 1 1 11 g + --- + ^ -

m + Rg Rl

3-25

Y como :2 =111 r . es :

Haciendo

V.O

R'

{3.22.}

Clculo de la resistencia de salida :

Si V = O es V. = O y g . V,S 1 *m 1El circuito queda :

= O

Adems normalmente :Queda :

ikis= Roll (Ra + Rb )

Rog = Ro a 11 Rl

Clculo de la resistencia de entrada :

3-26

V. - V

''b

Como (Rg + Rg) Rg re su lta un d iv iso r de tensin :

V = V, Reemplazando en

I. =1

Es : V. , resulta1

I. =1

Haciendo :

lA I 1 - K {3.24.}

E j t m p l o ;Sea el siguiente circui to : 'DD

V A T O S :

''d d ' ''Rg 1 un

Vj,s = 10 V

Ij,= 7 m A3-27

INCOGNITAS : .Polarizar

\ Ri RosRecorriendo la malla de salida, en continua :

R . L - ^^ ^ h 7 mA

Se coloca en lugar de y un potenciometro de ajuste R' = 1,5 K2 Es; ------ -

''g s = ''p (^ = = - o-'*''

R. ' - = 91 aA Ip 7 mARg = R - R^ R^ = 1,5 Kfi - 91 n = m09 Q.

Anlisis incremental :

^ ^DSS - 2 . 10 mA Smo = - - ~V^ - = ---- ---------- = 5 mu

V= gn,o ( 1 - ) = 5 mu ( 1 - ) = i+,2 mU

\ i*Tg^ . Rj ''d = \ "

, _ ,2 mu . 1,5 Kg .^ l + +,2mU.l,5 K

1Rq == = 240 Q ; Rq^ = Rq i i R' = 240 a i i 1500 fi = 207m

R R_= \ - i - =

Av = A, -p- K = 0,86 ------ = 0,79s ^ Ra + Rg ( 11,6 + 1 ) M

3-26

Sea la siguiente configuracin :

3.6. COMPUERTA COMUN ;

Circuito de continua :Aplicando THEVENIN en el sentido de la flecha se tiene :

VdsRq = I R2

M sg

^GG ^DD + R^

Es :

ciando la cada en R,

Definimos el factor de amplificacin de tensin y como :

9 \J^

de la {3.13.}

DS9 VGS

~ ~ salida abierta para la seal. (- = O )'^ gs

ds

= O gs{3.25.}

y = - dsgs

^ ^ Sm ^d

Partiendo de la FIGURA 3.11.

{3.26.}

3-29

D''ds

Aplicando THEVENIN en el sentido de la flecha :

V ^ = - g . V . r ^ = - y . V T m gs d gs

^dSe puede hacer el siguiente circuito equivalente

'dD

y s

FIGURA 3.1U.

Anlisis de baja seal :Empleando el modelo dinmico recientemente obtenido para la configuracin de com

D

puerta comn :Rs

AAAA

RFIGURA 3.15.

-G

^ a Ri

Resistencia de entrada : V sg 1 7 1

Recorriendo la malla entre S y G :

R:''sg

3-30

V = y . V + I . ( + R )sg gs 1 ^ d d

( y + 1 ) = I, C r, + RJsg 1 d Q

como V = - V resulta gs sg

V r +sg _ d____ dli ( y + 1 )

Rl = R II R.

Resistencia de salida :Sea el circuito siguiente :

; queda

R a = R

R - d di ' ( y + 1 )

{3.27.}

( y + 1 )

PVgsRe

--A/VV

0 R R,= G Th.

Aplicando THEVENIN en el sentido de la flecha se tiene ;

R t

PVsg

FIGURA 3.16.

Donde :IV = Rs II R

De la FIGURA 3.16.

V. = V, RS S R + R,

Recorriendo la malla de la FIGURA para V'g = O se tiene :

3-31

V- = I- , r , - y . V + V = + y . V + VO O d gs sg O d sg sg

Como :

{3.28.}

R l ^ A = ^0 I I ^^Os = ^oa h

R

Amplificacin de tensin A^ :

\ =O

V,

os

De la FIGURA 3.15. essg

Vo " I- O dA su vez se tiene :

FIGUKA 3.17.

Donde : VI . = sgR.1

Reemplazando : ^0 =

sg nR. ^d1

R

Ri

Reemplazando :

3-32

Como R . = _ d - - - - - i .1 ( y + 1 )

{3.29.}

\ =( y + 1)

{3.30.}

Avq =V VO O Ri.

Ri Rg +

R, R.A = _ i _ .

R. Rg ^Ri^ {3.31.}

3.7. ANALISIS GRAFICO DE LA POLARIZACION DEL FET :

Bsicamente los circuitos de polarizacin son :

+ VoD FIGURA 3.18.(a)

* ' - V

Los asteriscos indican la ubicacin de la recta de polarizacin sobre la caracterstica de transferencia.

FIGURA 3.18.(b)

** V = - R

3-33

FIGURA 3 .1 8 .(c )

*** V = V - I . R ''gs GG D

Solo hemos polarizado transistores unipolares conociendo Vp e Ipss En la prctica se plantea el siguiente problema, por ejemplo :

2 A 243 (J-FET1

DSS

Mximo Tpico Mnimo Unidad CANAL N

6,5 2 mA

- 0,5 V

Significa que sobre la caracterstica de transferencia hay dispersin en Vp e Idss , segn la FIGURA 3.19.

La zona rayada representa posibles parbolas de transistores en una partida grande.O sea que un transistor 2 A 243 puede tener su caracterstica de transferencia dentro de la zona rayada.Veamos el comportamiento de los circuitos de polarizacin de la FIGURA 3.18. fren te a las dispersiones rLa recta vertical corresponde al circuito (a), de polarizacin fija. AIp , repre senta la diferencia 1'^ puede obtenerse si se utilizan dos transistores con caractersticas mximas y mnimas en dicha configuracin.La recta que pasa por el origen corresponde al circuito (b), con autopolarizacionObservamos que

3-34

V&s Mg

La recta desplazada del origen corresponde al circuito (c), con polarizacin fio tante : divisor y R . observamos que A < A Ij)2 Concluimos diciendo que el circuito con divisor de tensin es el que ms estabiliza el punto Q frente a dispersin en los parmetros estticos del FET.Para obtener menor AIn puede aumentarse R . Esto trae aparejado una disminucinde ^DQ

E j e m p l o :

Polarizar el 2 A 243 con I = 1 mA ,DQ

Se adopta el circuito (c).Si se disea la polarizacin de un J-FET debe ser :

< 25^DQ

\ -puesto que si hacemos inversa la desigualdad y se cons truye el circuito con un transistor que tenga caractersticas de corriente mnima ste se deteriora.

Es debido a que la corresponder de acuerdo con el clculo un valor de V > O (en canal N).En el caso del MOSFET debe sr :

Anlisis de los datos :^DM - ^D(ON)nin

AIp < 0,25

Grficamente :

= 0,25 . 1 mA = 0,25 mA

= 1 mA + = 1,125 mA

3-35

= 1 mA - ^ = 0,875 mA

es la corriente de reposo que circular por un transistor que tenga caractersticas mximas .

es la corriente de reposo del transistor de e