Preparación de reportes de Informe de laboratorios.

POLARIZACION DEL JFETDaniel adres calle Amaya

Kayets125@hotmail.com

RESUMEN: en el siguiente laboratorio crearemos las condiciones necesarias para poner a prueba los transistores 2n5457 y k40c ,el cual es un nuevo modelo a estudiar por nuestro curso, para poder determinar sus valores, usaremos una fuente sencilla de 12 voltios.

1 INTRODUCCIÓNLa polarización del JFET se realiza mediante

tensión continua y consiste en prepararlo para que

en  un circuito, en el cual se le quiere utilizar,  a

través del JFET circule  una cantidad de corriente

ID por el drenaje, y a su vez se obtenga una

tensión entre el drenaje y la fuente VDS para esa

cantidad de corriente ID, a esto se le llama obtener

el punto de operación o punto Q. La corriente ID va

depender de la tensión compuerta fuente VGS que

exista en la malla de entrada, la VDS dependerá

de la malla de salida del circuito, para ver esto será

de utilidad la gráfica de entrada y la de salida del

JFET.

Anteriormente se ha visto que el JFET tiene una

corriente drenaje fuente de saturación IDSS, la

cual indica cual es la corriente máxima que podrá

circular entre el drenaje y la fuente, entonces la

corriente ID al cual se polarizará el transistor solo

podrá tener valores comprendidos entre 0mA y

IDSS.

Como la corriente de la compuerta IG=0, hay que tener siempre presente que la corriente de drenaje ID y la corriente de fuente IS son iguales esto es ID=IS, tanto para transistores de canal n como

para los de canal p, tampoco hay que olvidarse de la ecuación de Shockley, con esto en mente ya se puede ver algunos tipos de polarización.

Se verán 3 tipos de polarización los cuales son:

Polarización de puerta del JFET.

Polarización por autopolarización del

JFET.

Polarización por divisor de tensión del

JFET.

Para ver los diferentes  tipos de polarización  se utilizará un JFET de canal n, se procederá a obtener una ecuación en la malla de entrada y otra en la malla de salida.  Para polarizar un JFET de canal p se procederá de manera similar, teniendo en cuanta que las tensiones de polarización tendrán que invertirse, lo cual dará como resultado que la ID cuyo sentido se mide del drenaje hacia la fuente, también se invierta.

 

2 1.- Polarización de puerta del JFET.

Este tipo polarización se caracteriza porque se utilizan dos fuentes de alimentación, una de ellas se conecta directamente entre la compuerta y la fuente, si esta fuente de alimentación es variable se puede controlar la ID, lo cual a su vez provocará que el punto de operación del JFET cambie y como consecuencia cambiará VDS, de esta forma se puede hacer que el JFET trabaje en la región óhmico o en la región activa; este es el tipo de polarización que se utilizará si se quiere hacer trabajar al JFET como resistencia variable controlada por voltaje.

1 laboratorio de electrónica análoga 2

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El arreglo principal para este tipo de polarización para un JFET de canal n y uno de canal p, es el que se muestra a continuación:

 De la malla de entrada, por Kirchhoff se puede ver para el JFET de canal n que VGS=-VGG y para el de canal p VGS=VGG, estas serán sus ecuaciones de entrada, son rectas paralelas al eje ID, las cuales hay que trazar sobre la gráfica de entrada, donde estas rectas corten a la curva de transferencia será el punto de operación para la entrada del JFET, a partir de este punto de corte se traza una paralela al eje VGS y se conocerá el valor de la ID para el punto de operación del JFET; si en la malla de salida se aplica nuevamente Kirchhoff se obtendrá una ecuación a partir de la cual se puede despejar VDS y se tendrá:

Para el JFET de canal n: VDS=VDD-ID*RD, que es su ecuación de recta de salida.

Para el JFET de canal p: VDS=-VDD+ID*RD, que es su ecuación de recta de salida.

Si en la ecuación recta de carga de la salida se reemplaza el valor de ID para el punto de operación, obtenida a partir de la curva de transferencia, se puede hallar la VDS para el punto de operación del transistor.

En lo que sigue se comentará para el caso del JFET de canal n, lo cual también será válido para los JFET de canal p, con la única diferencia de que hay que invertir las polaridades; de la ecuación de recta de carga de salida obtenida para el JFET de canal n, hay que ubicar 2 puntos para trazarla, uno de los puntos se obtendrá haciendo ID=0, si se despeja se obtiene VDS=VDD, lo cual se conoce como tensión de drenaje fuente de corte VDScorte; el otro punto se obtendrá haciendo en la ecuación

VDS=0, en este caso si se despeja se obtiene ID=VDD/RD lo cual se conoce como corriente de drenaje de saturación IDsat; por lo tanto los dos puntos que necesitamos ubicar sobre el gráfico de salida para trazar la recta de carga serán VDScorte=VDD para ID=0 y IDsat=VDD/RD para VDS=0.

Los trazos de la recta de carga para la entrada y de la recta de carga para la salida en forma general para este tipo de polarización están representados en la siguiente figura.

En la figura se puede ver que si la fuente de alimentación cambia en valor VGG se cambiará VGSQ, lo cual a su vez cambiará ID lo que hará que la recta de carga de salida cambie y como consecuencia cambie el punto de operación, este fenómeno es aprovechado cuando se quiere utilizar el JFET como resistencia variable, otra forma en que cambiará el punto de operación es si se cambia el JFET, ya que la curva de transferencia cambiará, por lo cual  el  punto de cruce de la recta de carga de entrada con la curva  de transferencia cambiará lo que dará un nuevo valor para IDQ, entonces la recta de carga de salida se cruzará con una curva de salida diferente dando como resultado que el punto de operación cambie; mayormente el cambio de posición del punto de operación es demasiado grande cuando se cambia el JFET, de allí que si se quiere un punto de operación que no varíe si se cambia el JFET este tipo de polarización no sea lo mejor.

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3  Polarización por autopolarización.

En este tipo de polarización solamente se necesita una fuente de alimentación, en la figura siguiente se muestra este tipo de arreglo para un JFET de canal n, es muy similar para el caso del JFET de canal p, con la diferencia de que hay que invertir las polaridades.

Como se puede ver en la fuente del JFET se coloca una resistencia RS, esta resistencia será la que polarice la compuerta, es decir la VGS que existirá en el transistor la cual decidirá cuanta será la corriente de drenaje ID que es igual a la corriente de la fuente IS; la resistencia RG es una resistencia del orden de los mega ohmios que se utiliza principalmente para los circuitos de amplificación para no perder la impedancia de entrada del JFET, en el vídeo que sigue más abajo se comenta  como es que actuará, además como IG=0 entonces VG=0 por tanto la compuerta está conectada a tierra.

Los datos IDSS y VGScorte se obtienen de la hoja de datos del JFET, con los cuales se trazará la curva de transferencia.

La idea para resolver o diseñar este tipo de circuitos es a partir de la malla de entrada obtener una ecuación de una recta que dependerá de VGS e ID, luego trazar esta recta sobre la gráfica de

transferencia que  también depende de VGS e ID, el punto donde se intercepten ambos trazos será el punto de operación del JFET.

Por lo tanto, lo primero que hay que hacer es trazar la curva de transferencia, luego dibujar la recta de carga de la entrada sobre la curva de transferencia, para lo cual necesitamos obtener la ecuación de la recta de entrada, entonces aplicando Kirchhoff en esta malla:

VGS+VRS+VRG=0, luego

VGS+IS*RS+IG*RG=0, Pero IG=0 y IS=ID

VGS+ID*RS=0, de donde

VGS=-ID*RS, esta es la ecuación de la recta de entrada.

Se ve que la VGS es un valor negativo, que es como tiene que ser para un JFET de canal n, para trazar la recta de entrada sobre la curva de transferencia se necesita 2 puntos por lo menos , uno de ellos puede ser por ejemplo para ID=0, lo que dará VGS=0, siendo el primer punto entonces (0,0); como IDSS es dato ese valor se puede reemplazar en la ecuación para obtener el otro punto, que es VGS=-IDSS*RS, con lo cual el otro punto sería (-IDSS*RS,IDSS), al trazar esta recta sobre la curva de transferencia donde se intercepten ese será el punto de operación de JFET, a partir del cual se puede conocer VGSQ y la IDQ.

Para encontrar el valor VDSQ será recurre a la malla de salida a la cual se aplica Kirchhoff

VDD-VRD-VDS-VRS=0, luego

VDD-ID*RD-VDS-IS*RS=0, Pero IS=ID

VDD-VDS-ID*(RS+RD), de donde al despejar

VDS=VDD-ID*(RS+RD), que será la ecuación de la recta de salida.

Si en  esta ecuación se reemplaza IDQ obtenida anteriormente se encontrará el valor de VDSQ, por lo tanto el punto de operación del JFET será (VDSQ,IDQ), si se quiere trazar la recta de carga de salida, son necesarios dos puntos uno de ellos será cuando ID=0, de donde VDScorte=VDD, el otro punto será para VDS=0, de donde

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IDsat=VDD/(RS+RD), en el punto donde se intercepte la recta de carga de salida con la curva que le corresponda a la corriente IDQ para VGSQ en la salida, ese será el punto de operación el JFET; los gráficos deben ser algo así:

3.1   Polarización por divisor de tensión del JFET.

Para este tipo de polarización, el punto de operación del JFET se ve menos afectado cuando se cambia un transistor por otro, siendo ambos de la misma familia, por ejemplo el 2N3819. En este caso también se polariza el JFET con una sola fuente de alimentación, en la siguiente figura se muestra el arreglo para la polarización por divisor de tensión.

Como se puede ver en la en la malla de la entrada del circuito, ahora hay dos resistencia, las cuales serán de gran ohmiaje del orden de los mega ohmios, esto es para no perder la alta impedancia de entrada de los JFET en los circuitos de amplificación, entre las dos forman un divisor de tensión, por lo cual la tensión de la compuerta VG tendrá un valor positivo.

Los datos IDSS y VGScorte se obtienen de la hoja de datos del JFET, con los cuales se trazará la curva de transferencia.

La idea para resolver o diseñar este tipo de circuitos es a partir de la malla de entrada obtener una ecuación de una recta que dependerá de VGS e ID, luego trazar esta recta sobre la gráfica de transferencia que  también depende de VGS e ID, el punto donde se intercepten ambos trazos será el punto de operación del JFET.

Por lo tanto, lo primero que hay que hacer es trazar la curva de transferencia, luego dibujar la recta de carga de la entrada sobre la curva de transferencia, para lo cual necesitamos obtener la ecuación de la recta de entrada, la que obtendrá  a partir de:

VGS=VG-VS, además

VS=RS*IS, pero IS=ID, entonces

VGS=VG-RS*ID, esta es la ecuación de la recta de entrada.

Donde por división de tensión VG=VDD*R2/(R1+R2);

VGS será un valor negativo, ya que es un JFET de canal n, para trazar la recta de entrada sobre la curva de transferencia se necesita 2 puntos por lo menos , uno de ellos puede ser por ejemplo para ID=0, lo que dará VGS=VG, siendo el primer punto entonces (VG,0); para el otro punto se tomará VGS=0 de donde ID=VG/RS por lo cual el otro punto sería (0,VG/RS), al trazar esta recta sobre la curva de transferencia donde se intercepten ese será el punto de operación de JFET, a partir del cual se puede conocer VGSQ y la IDQ.

Para encontrar el valor VDSQ será recurre a la malla de salida a la cual se aplica Kirchhoff

VDD-VRD-VDS-VRS=0, luego

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Preparación de reportes de Informe de laboratorios.

VDD-ID*RD-VDS-IS*RS=0, Pero IS=ID

VDD-VDS-ID*(RS+RD), de donde al despejar

VDS=VDD-ID*(RS+RD), que será la ecuación de la recta de salida.

Si en  esta ecuación se reemplaza IDQ obtenida anteriormente se encontrará el valor de VDSQ, por lo tanto el punto de operación del JFET será (VDSQ,IDQ), si se quiere trazar la recta de carga de salida, son necesarios dos puntos uno de ellos será cuando ID=0, de donde VDScorte=VDD, el otro punto será para VDS=0, de donde IDsat=VDD/(RS+RD), en el punto donde se intercepte la recta de carga de salida con la curva que le corresponda a la corriente IDQ para VGSQ en la salida, ese será el punto de operación el JFET; los gráficos deben ser algo así:

Procedimiento

1. Arme el siguiente circuito, ubique en forma adecuada los instrumentos tal que pueda medir ID y VGS; encienda las fuentes y anote los valores de ID y VGS así también VDS.

magnitud valor medidovalor calculado

VDS 9.26 v  VGS 0,57 v  VGD 9.8 v  IS 1.2 mA  ID 1.3 mA  IG 0 mA  

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2. Arme el circuito mostrado en la siguiente figura

2. Conecte adecuadamente los instrumentos para

medir ID y VGS, encienda las fuente y anote los

valores de ID, VGS y las demás tensiones del

circuito. Todo circuito debe ser armado con las

fuentes apagadas previamente ajustadas al valor

dado en el diagrama.

magnitud valor medidovalor calculado

VDS 10,13 v  VGS 0,57 v  VGD 9,6 v  IS 5,8mA  ID 1,3 mA  IG 0 mA  

3. Arme el circuito mostrado en la siguiente figura 3

y haga las medidas de ID así como las tensiones

en los diferentes nodos y puntos del circuito.

magnitud valor medidovalor calculado

VDS 7,06 V  VGS 0,35 V  VGD 7,39 V  IS 2,2 mA  ID 2 mA  IG 77,1 µa  

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4. conclusiones

En el laboratorio interior se puso a prueba los temas visto anterior mente en clase los cuales aran los diferentes tipos de polarización del jfet, gracias a estos tres tipos de combinaciones observamos el comportamiento de los jfet, planteando su estado de saturación el momento de tener oV en VG y permitiendo todo el flujo de la corriente.

En el primer circuito comprobamos que al no haber una resistencia en el source el VD es igual al VS puesto que al no haber un elemento resistivo se permite el flujo de corriente sin ninguna caída de tensión.

En la figura 2 encontramos que gracias a la configuración de auto polarización el voltaje que fluye a través del circuito es casi igual que el de Lafuente, además este circuito mejora las corrientes y permite una mejor amplificación.

Con el divisor de voltaje de la figura 3 observamos que la corriente de entrada en el G era demasiado baja puesto que es uno de los parámetros producidos por el divisor de voltaje, permitiendo así un voltaje alto en las demás mallas del circuito.

Referencias

http://mrelbernitutoriales.com/transistor-jfet/conociendo-el-jfet/pruebas-con-el-jfet/curva-de-transferencia-del-jfet/polarizacion-del-jfet/

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