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1Practica #1 Polarizacion de los TransistoresFET-MOSFET

Leonardo Ormaza, [email protected]

Laboratorio de Analogica II, Universidad Politecnica Salesiana,Cuenca-Ecuador

ResumenEn el presente documento se expone el funciona-miento, caractersticas, ecuaciones y simulaciones de los transis-tores FET y MOSFET, en el cual se analiza diferente tipos depolarizaciones y su comportamiento de cada uno de los circuitospropuestos, y mediante el software MULTISIM o PROTEUS secomprobar los datos que se realiz con los calculos y con losdatos obtenidos en la prctica

Index TermsSimple, Completo y Elegante

I. OBJETIVOS

1. Disear, calcular y comprobar el funcionamiento de lossiguientes circuitos de polarizacin FET

Polarizacin con doble Fuente de AlimentacionAutopolarizacion con Resistencia de SourcePolarizacin con Divisor de Tensin.Polarizacin con fuente doble Simtrica. .

2. Disear y comprobar el Funcionamiento de los transistoresMOSFET Incremental y Decremental.

II. MARCO TEORICO

II-A. TRANSISTOR JFET

El transistor JFET es un dispositivo controlado por voltaje.Una de las caractersticas ms importantes del FET es sualta impedancia de entrada. Los FET son ms estables a latemperatura que los BJT, y en general son ms pequeos quelos BJT, lo que los hace particularmente tiles en chips decircuitos integrados

Figura 1. Arquitectura interna del JFET

II-B. PRINCIPIO DE OPERACIN DEL JFET

II-B1. REGION DE CORTE: Aplicando una tensin VGSnegativa aumentamos la anchura de la zona de depleccin,con lo que disminuye la anchura del canal N de conduccin.Si el valor de VGS se hace lo suficientemente negativo, la

regin de agotamiento se extender completamente a travsdel canal, con lo que la resistencia del mismo se har infinitay se impedir el paso de ID (Figura 2). El potencial alque sucede este fenmeno se denomina potencial de bloqueo(Pinch Voltage, VP).

Por lo tanto, para valores ms negativos que VP el transistorJFET se encuentra polarizado en la regin de corte, y lacorriente de drenaje resulta ser nula.

Figura 2. Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con la tensinde bloqueo.

II-B2. REGION LINEAL. : Si en la estructura de laIlustracin 2 se aplica una tensin VDS mayor que cero,aparecer una corriente circulando en el sentido del drenajea la fuente, corriente que llamaremos ID. El valor de dichacorriente estar limitado por la resistencia del canal N deconduccin. En este caso pueden distinguirse dos situacionessegn sea VDS grande o pequea en comparacin con VGS.II-B3. REGION DE SATURACION. : Si VDS se incre-

menta ms, se llegar a un punto donde el espesor del canalen el extremo del drenaje se acerque a cero. A partir de esemomento, la corriente se mantiene independiente de VDS,puesto que los incrementos de tensin provocan un mayorestrechamiento del canal, con lo que la resistencia globalaumentaII-B4. Propiedades de transferencia: : La ecuacin de

Shockley define la relacin entre ID y VGS por:

ID = IDSS(1 V gsV p

)2 (1)

El trmino al cuadrado en la ecuacin produce una relacinno lineal entre ID y los terminales DRAIN y SOURCE, enel cual su caracterstica principal es la alta impedancia quetiene en su ingreso. Una de las caractersticas principales deltransistor JFET es que maneja una alta impedancia de en VGS,la cual genera una curva que crece exponencialmente con lamagnitud decreciente de VGS

2Figura 3. Curva Caracteristica del JFET

II-C. Polarizaciones del Transistor FET

II-C1. Polarizacin con doble Fuente de Alimentacion :

Figura 4. Polarizacion con doble Fuente de Alimentacion

Como primer punto hemos establecido que el punto detrabajo del transistor sea en la mitad de la recta decarga por lo tanto su recta de carga de salida merepresenta la siguiente grfica.

Figura 5. Recta de carga

Como podemos apreciar en la figura anterior la curva dela salida de carga del transistor nos verifica que segn losclculos a mostrar a continuacin, cumple con las condicionesnecesarias.

Tabla de DatosParametro Valor Medida

IDSS 9,4 mAVP -4,5 V

VDD 12 VVDS 6 VVD -2 V

Con los datos claros vamos a realizar el clculo de ID.

Cuadro ITABLA DE VALORES INICIALES

ID = IDSS(1 V gsV p

)2

ID = 9, 4 103(1 24, 5)2

ID = 2, 9mA

Una vez encontrada la ID procedemos a calcular la resis-tencia de Drain

RD =V DD V DS

ID(2)

RD =12 6

2, 9 103

RD = 2068 2K

Para obtener el punto maximo de ID calculamos la IDmax

IDmax =V DD

RD(3)

IDmax =12

2068

IDmax = 5, 8mA

II-C2. Autopolarizacion con Resistencia de Source:

Figura 6. Autopolarizacion con resistencia de Source

Como primer punto hemos establecido que el punto detrabajo del transistor sea en la mitad de la recta de carga porlo tanto su recta de carga de salida me representa la siguientegrfica.

3Figura 7. Recta de Carga

Como podemos apreciar en la figura anterior la curva dela salida de carga del transistor nos verifica que segn losclculos a mostrar a continuacin, cumple con las condicionesnecesarias.



VDD 12 VVDS 6 VID 4,7 mA

Cuadro IITABLA DE DATOS

Vamos a calcular el voltaje Gate-Source para lo cual basn-donos en los datos impuestos procedemos a calcular.

V gs =

(1

ID

IDSS

)(V p) (4)

V gs =

(1

4, 7 1039, 4 103

)(4, 5)

V gs = 1, 38VAhora procedemos a calcular el valor de las resistencias de

Drain y Source

RS =V gsID

(5)

RS =1, 318

4, 7 103

RS = 280, 42

RD =V DD V DS

IDRS (6)

RD =12 6

4, 7 103 280, 42

RD = 996, 17

II-C3. Polarizacin con Divisor de Tensin. :

Figura 8. Divisor de Voltaje



VDD 12 VVDS 6 VID 4,7 mA

Cuadro IIITABLA DE DATOS

Vamos a calcular el voltaje Gate-Source para lo cual basn-donos en los datos impuestos procedemos a calcular.

V gs =

(1

ID

IDSS

)(V p) (7)

V gs =

(1

4, 7 1039, 4 103

)(4, 5)

V gs = 1, 318VCalculamos el voltaje de Gate.

V G =R2 V DDR1 +R2

(8)

V G =470 103 12

470 103 + 1 106

V G = 3, 836V

Ahora procedemos a calcular el valor de las resistencias deDrain y Source

4RS =V G V gs

ID(9)

RS =3, 836 + 1, 318

4, 7 103

RS = 1000

RD =V DD V DS

IDRS (10)

RD =12 6

4, 7 103 1000

RD = 237,

II-C4. Polarizacin con fuente doble Simtrica.:

Figura 9. Fuente doble Simetrica

Como primer punto hemos establecido que el punto detrabajo del transistor sea en la mitad de la recta decarga



VDD 12 VVDS 12 VVSS -12 V

Cuadro IVTABLA DE VALORES INICIALES

Calculamos el Voltaje Vgs mediante

V gs =V SS

10(11)

V gs =1210

= 1, 2VCalculamos la Corriente de Drain

ID = IDSS(1 V gsV p

)2

ID = 9, 4 103(1 1, 24, 5)2

ID = 5, 05mA

Calculamos la Resistencia de Source

RS =V SS V GS

ID(12)

RS =12 + 1, 2

5, 05 103

RS = 2613 2, 2k

Calculamos la Resistencia de Drain

RD =V DD + V SS V DS

IDRS (13)

RD =12 + 12 125, 05 103 2200

RD = 176,23 180

II-D. TRANSISTOR MOSFET

Es un dispositivo controlado por voltaje, este solo requiereuna mnima corriente de entrada, su velocidad de conmutacines muy alta.

Figura 10. Configuracion de MOSFET

5II-D1. MOSFET Decremental: Aun cuando existen gran-des similitudes entre las curvas de transferencia de los JFETy de los MOSFET y que permiten realizar un anlisis muyparecido en el dominio de DC, los MOSFET de tipo decre-mental permiten trabajar con puntos de operacin con valoresVGS positivos y niveles de ID que exceden el valor de IDSS.

Figura 11. MOSFET Decremental

II-D2. Diseno:

Figura 12. Circuito de MOSFET decremental

Al Igual que en los transistores Fet en el mosfet calculare-mos todos los parmetros como VDS, ID en el centro de larecta de carga.


IDSS 5 mAVP -3 V

VDD 12 VVgsQ -1.5 VIDQ 1.25 mA

Cuadro VTABLA DE VALORES INICIALES

Calculamos el voltaje de Gate.

V G =R2 V DDR1 +R2

(14)

V G =10 106 12

10 106 + 100 106

V G = 1, 091V

Si Vgs=1

ID = IDSS

(1 V gs

V p

)2

ID = 5 103(1 13)2

ID = 8, 88mA

Si ID=2,5mA

V gs =

(1

ID

IDSS

)(V p) (15)

V gs =

(1

2, 5 1035 103

)(4, 5)

V gs = 0, 878VCalculamos la Resistencia de Source

RS =V SS V GS

ID(16)

RS =1, 092 + 0, 878

2, 5 103

RS = 751,47

Calculamos la Resistencia de Drain

RD =V SS V DS

IDRS (17)

RD =12 6

2, 5 103 751, 47

RD = 3248, 53

II-D3. MOSFET Incremental: Las caractersticas de trans-ferencia del JFET difieren a las encontradas en el MOSFET detipo incremental. Por lo tanto, la solucin grfica es diferentepara los dos casos ya vistos. Debemos tener en cuenta que paraun MOSFET de tipo incremental de canal-n, la corriente dedrenaje (ID) es cero para aquellos niveles de voltaje compuerta fuente menores al nivel de umbral VGS (TH). La corrientede drenaje se define como un exponencial a partir del nivel deumbral:

ID = k (V gs V th) 2 (18)En las hojas de caractersticas tcnicas se definen claramente

los valores de voltaje de umbral y un nivel de corriente dedrenaje (ID (encendido)), valores que permiten encontrar elvalor de la constante k. k = ID (encendido) / VGS (Encendido)

6- VGS (TH) (5.7) Una vez se obtenga k, se podrn obtenerlos dems valores para ID.

Figura 13. MOSFET Incremental

III. LISTA DE MATERIALES

La lista de materiales esta enumerados en la siguiente tablacada elemento es de fcil adquisicin.

Lista de MaterialesCantidad Descripcion V.uni. Total

6 Transistor Fet 0.50 3.0015 Resistencias 0.03 0.601 Cable 0.40 0.40

Cuadro VILISTA DE MATERIALES

III-A. Lista de equipos y herramientas

ProtoboardMultimetroFuente DC

IV. DESARROLLO

IV-A. Polarizacin con doble Fuente de Alimentacion

Figura 14. Circuito Principal

Al armar el circuito comprobamos en el Laboratorio obte-niendo las siguientes mediciones en el multimetro

Parametro ValorID 2,5 mA

VDS 6,4 VVGS -1,9 V

Cuadro VIITABLA DE MEDICIONES

IV-B. Autopolarizacion con Resistencia de Source


Parametro ValorID 2,5 mA

VDS 6,4 VVGS -1,9 V

IV-C. Polarizacin con Divisor de Tensin.


7Parametro ValorID 2,5 mA

VDS 6,4 VVGS -1,9 V

IV-D. Polarizacin con fuente doble Simtrica.

\Al armar el circuito comprobamos en el Laboratorio obte-

niendo las siguientes mediciones en el multimetroParametro Valor

ID 4,9 mAVDS 11,4 VVGS -1,3 V

V. ANALISIS

VI. CONCLUSIONES

VII. BIBLIOGRAFIA

Citation: [?]

I ObjetivosII Marco TeoricoII-A TRANSISTOR JFET II-B PRINCIPIO DE OPERACIN DEL JFET II-B1 REGION DE CORTEII-B2 REGION LINEAL. II-B3 REGION DE SATURACION. II-B4 Propiedades de transferencia:

II-C Polarizaciones del Transistor FETII-C1 Polarizacin con doble Fuente de Alimentacion II-C2 Autopolarizacion con Resistencia de SourceII-C3 Polarizacin con Divisor de Tensin. II-C4 Polarizacin con fuente doble Simtrica.

II-D TRANSISTOR MOSFET II-D1 MOSFET DecrementalII-D2 DisenoII-D3 MOSFET Incremental

III Lista de MaterialesIII-A Lista de equipos y herramientas

IV DesarrolloIV-A Polarizacin con doble Fuente de AlimentacionIV-B Autopolarizacion con Resistencia de SourceIV-C Polarizacin con Divisor de Tensin. IV-D Polarizacin con fuente doble Simtrica.

V AnalisisVI ConclusionesVII Bibliografia

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