UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA ´ ´ FACULTAD DE INGENIER´IA ELECTRICA Y ELECTRONICA
AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR FET 20141245D - PAJUELO VILLANUEVA, MIGUEL ANGEL 20144554H - QUISPE SAVERO, DAVID 20144553A - SERRANO RAMOS, FERNANDO DIONISIO 20141370C - CHAVEZ SANCHEZ, ROMARIO EVARISTO 20142649A - ROJAS ROJAS, IVAN LUIS EDUARDO
´ LABORATORIO DE CIRCUITOS ANALOGICOS
Amplificador con transistor FET
1.
Laboratorio de Circuitos Analogicos ´
OBJETI JETIV VOS
Analizar la polarizaci´on on de transistores Unipolares y familiarizarse con los cuidados al utilizar estos dispositivos, trazar las rectas de carga, curva de transferencia y verificar la ganancia de tensi´on. on.
2.
EQUI EQUIPO POS S Y MATE MATERI RIAL ALES ES
1. 1 Osciloscopio 2. 1 Mult Mu lt´´ımetro ıme tro 3. 1 Generador de ondas. 4. 1 Fuente DC 5. Resistencias : 1M 1M , 33K 33K , 10K 10K , 5,6K , 3,3K , 1K (1/ (1/4W ). W ). 6. Condensadores : 0, 0,1uF, 10uF, 10uF, 22uF 22uF (16 (16V V ). ). 7. 01 TransistorJFET : 2N 2N 5485 5 485 o 2N 2N 5486 5486 y/o M P F 102 F 102 (canal N). 8. 01 Protoboard. 9. Conductores para conexiones.
3.
INF IN FOR ORME ME PREV PREVIO IO
1. Obtenga de los manuales, informaci´on on sobre los dispositivos a utilizar y presente los datos m´ as as importantes.
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Figura 1: Informaci´on on de los dispositivos a utilizar UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA
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2. Resuelva Resuelva te´ oricamente el circuito propuesto, obteniendo la ganancia en peoricamente que˜ na na se˜ nal, nal, usando los par´ ametros ametros respectivos. resp ectivos. TRANSISTOR FET
Introducci´ on. on. Los transistores m´ as conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP), llamados as as´ as´ı porque por que la conducci´ condu cci´on on tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran n´umero umero de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante baja. Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo. Explicaci´ on on de la combinaci´ on on de portadores. Puesto que hay una tensi´ on positiva entre el drenador y el surtidor, los electrones on fluir´an an desde el surtidor al drenador (o viceversa seg´ un un la configuraci´ on on del mismo), aunque hay que notar not ar que tambi´ en en fluye una corriente co rriente despreciable despreciab le entre el surtidor (o drenador) y la puerta, ya que el diodo formado por la uni´ on on canal – puerta, esta polarizado inversamente. En el caso de un diodo polarizado en sentido inverso, donde inicialmente los huecos fluyen hacia la terminal negativa de la bater´ bater´ıa y los electrones electr ones del material N, fluyen hacia el terminal positivo de la misma. Lo anteriormente dicho se puede aplicar al transistor FET, en donde, cuando se aumenta VDS aumenta una regi´ on con empobrecimiento de cargas libres on
Figura 2: Transistor FET Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de encapsulado, as´ as´ı como el esquema de identificaci´ on on de los terminales. terminales. Tambi´ ambi´en en tendremos que conocer una serie de valores m´ aximos de tensiones, corrientes y potencias que no aximos debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El par´ ametro ametro de la potencia disipada disipada por el transistor transistor es especialmente especialmente cr´ cr´ıtico con la temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalaci´on on de un radiador o aleta refrigeradora. Todos estos valores cr´ cr´ıticos los propo pr oporcion rcionan an los fabricantes fabric antes en las ho jas de caracter´ carac ter´ısticas ıstica s de los lo s distintos dist intos dispositivos. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA
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Explicaci´ on de sus elementos o terminales. on Un transistor tran sistor de d e efecto efe cto campo c ampo (FET) t´ıpico est´ esta´ formado por una barrita de material p o´ n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una uni´on on p-n. En los extremos del canal se hacen sendas conexiones ohmicas o´hmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), m´ as as una conexi´ on on llamada puerta (g-gate) en el collar.
Figura 3: Transistor FET La figura muestra el croquis de un FET con canal N
Figura 4: Transistor FET .- canal N Y canal P
Figura 5: Transistor FET .- canal P
undamento de transistores de efecto de campo: Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. Su estructura y representaci´ on se muestran en la tabla.
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Figura 6: Tabla 1 Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta est´ an polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturaci´ on de la uni´ on PN. La zona n (en el FET canal n) es peque˜ na y la amplitud de la zona de deplexi´on afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexi´ on y depende de la tensi´on inversa (tensi´on de puerta).
Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET): ´ ZONA OHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un par´ametro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS. ´ ZONA DE SATURACION: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS ZONA DE CORTE: La intensidad de drenador es nula (ID=0). •
•
•
Figura 7: Zonas de funcionamiento del FET A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la caracter´ıstica V-I (se trata de un dispositivo sim´etrico). Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA
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Figura 8: Zonas de funcionamiento del FET
4.
PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTOS OS
1. Arme el circuito de la figura 1.
Figura 9: Circuito 1 2. Teniendo cuidado de verificar la conexi´on on del JFET, mida el punto de operaci´ on, tomando las tensiones de los terminales del transistor, respecto a tierra, on, y las corrientes tomadas en forma indirecta (V/I). No tome entre terminales del dispositivo, dispositivo, ni mida las resistencia resistenciass internas internas con el mult mult´ ´ımetro, ımetro, pues se pueden exceder las corrientes permitidas en directa, conociendo que el Gate trabaja en polarizado inversa. Cto.
Figura 10: Tabla 2
nal senoidal de 20mVpico a una frecuencia nal 3. Con el Cto. original, aplique una se˜ de 1KHz y determine la Ganancia de tensi´on on midiendo la salida. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA
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Figura 11: Circuito del problema 3 Midiendo con el osciloscopio
Figura 12: Medida con el osciloscopio La salida V o = 970m 970mV pp La ganancia de tensi´ on on es Av = (970m (970mV pp)/(40m (40mV pp) = 24, 24,25
on en la se˜ nal nal de salida Vo. 4. Aumente el nivel de Vi hasta observar una distorsi´on La deformaci´ o n no debe llegar a recortes de la se˜ on nal, sino hasta que aprecie nal, una alinealidad, deformando las ondulaciones positivas y negativas en distintas proporci´ on. on. 51,5mV V 0max = 51, Manteniendo Vi constante, vari´ vari´ e la frecuencia del generador llenando la tabla 5. Manteniendo adjunta.
Figura 13: Tabla 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER´IA
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6. Retire el condensador Cs = 22uF y determine la Ganancia de tensi´on. Retirando el condensador, queda la siguiente figura
Figura 14: Circuito sin condensador Midiendo con el osciloscopio
Figura 15: Medida con el osciloscopio
V 0/V i = A = A v = (84mV (84mV pp )/(40mV (40mV pp ) = 2,1
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