Autores: Eduardo Illescas Ing. Rene Ávila Materia:Laboratorio de Analógica II Ciclo:5to Ciclo Tema: Transistor FET Y MOSFET Objetivos: 1.1) 1.1) Veri Verifi fica carr los los sigu siguie ient ntes es tipo tipos s de pola polari riza zaci ción ón de un transistor FET 1.1.1)Polarización con dos fuentes 1.1.2)Polarización con resistencias de sourse 1.1.3)Autopolarización sin resistencia de sourse 1.1.4)Polarización con divisor de tensión 1.1.5)Polarización con fuente positiva y negativa 1.1) 1.1) Diseña Diseñarr calcular calcular y comproba comprobarr el funcionam funcionamien iento to de la polarización de transistor MOSFET incremental 1.2) 1.2) Diseña Diseñarr calcular calcular y comproba comprobarr el funcionam funcionamien iento to de la polarización de transistor MOSFET decremental Nota Nota:: toda todas s los los sigu siguie ient ntes es circu circuito itos s debe deben n tene tenerr el pu punt nto o de traa traajo jo a la sali salida da al cent centro ro de la rect recta a de ca carg rga; a; con con un una a tolerancia de ± 0,5 v 1. Marco Teórico:
Un JFET de canal N se fabrica difundiendo una región de tipo P en un canal de tipo N, tal y como se muestra en la Figura 1. A ambos lados del canal se conectan los terminales de fuente (S, Source) y drenaje (D, Drain). El tercer terminal se denomina puerta (G, Gate).
Figura 1: Esquema del transistor JFET de canal N
Los símbolos de este tipo de dispositivos son:
Polarización FET Y MOSFET
Figura 2: Símbolos de los transistores JFET Las explicaciones incluidas en este capítulo se refieren fundamentalmente al transistor NJFET, teniendo en cuenta que el principio de operación del PJFET es análogo. Principio de operación del NJFET
A continuación se explica cómo se controla la corriente en un JFET. Al igual que sucede con los transistores BJT el JFET tiene tres regiones de operación: Región de corte Región lineal Región de saturación Es preciso hacer notar que en este caso, la saturación alude a un fenómeno completamente distinto al de los transistores BJT. • • •
Características de salida
Al variar la tensión entre drenador y surtidor varia la intensidad de drenador permaneciendo constante la tensión entre puerta y surtidor. En la zona óhmica o lineal se observa como al aumentar la tensión drenador surtidor aumenta la intensidad de drenador. En la zona de saturación el aumento de la tensión entre drenador y surtidor produce una saturación de la corriente de drenador que hace que esta sea constante. Cuando este transistor trabaja como amplificador lo hace en esta zona. La zona de corte se caracteriza por tener una intensidad de drenador nula. La zona de ruptura indica la máxima tensión que soportará el transistor entre drenador y surtidor.
Polarización FET Y MOSFET
Es de destacar que cuando la tensión entre puerta y surtidor es cero la intensidad de drenador es máxima.
Características de transferencia
Indican la variación entre la intensidad de drenador en función de la tensión de puerta.
Especificaciones de los FET
Polarización FET Y MOSFET
En las hojas de características de los fabricantes de FETs encontrarás los siguientes parámetros (los más importantes):
VGS y VGD.- son las tensiones inversas máximas soportables por la unión PN. IG.- corriente máxima que puede circular por la unión puerta - surtidor cuando se polariza directamente. PD.- potencia total disipable por el componente. IDSS.- Corriente de saturación cuando VGS=0. IGSS.- Corriente que circula por el circuito de puerta cuando la unión puerta - surtidor se encuentra polarizado en sentido inverso. Desventajas: • • •
Su ganancia de voltaje es mucho menor que en el BJT Es susceptible al daño en su manejo Su ancho de banda o respuesta en frecuencia es menor que en el BJT para este tipo de dispositivos.
Ventajas: • •
• • • •
Su impedancia de entrada es extremadamente alta Su tamaño físico es aproximadamente un 20 o 30% del espacio que ocupa un BJT. Su consumo de potencia es mucho más pequeño que la del BJT Su velocidad de conmutación es mucho mayor que las del BJT Es menos ruidoso que el BJT. Es afectado en menos grado por la temperatura
Polarización FET Y MOSFET
1.Explicación de la práctica:
2. Cálculos y Esquemas: 3.1) Polarización con dos fuentes Datos:
Idss=13mA Vp=-4,3v Id=6mA VDS=6v VDD=10v Incógnitas:
ID= ? RD= ? VGS= ? Solución:
Polarización FET Y MOSFET
RG= 1MΩ ID= IDSS*(1-VGSVP)2 6mA= 10mA*1-VGS-42VGS= -1.2v VDD= ID.RD+VDS RD= VDD-VDSID=56mARD= 769kΩ
3.2) Polarización con resistencias de sourse
Datos:
Idss=14,7mA Vp=-4,8v ID=7,35mA VDS=5v VDD=10v Incógnitas:
ID= ? RD= ? RS= ? VGS= ? Solución:
RG= 1MΩ ID= IDSS*(1-VGSVP)2 7,35mA= 14,7mA*1-VGS4,82VGS= -1.4v RS= VGSID=-1,4V7,35mA RS= 190kΩ VDD= ID.RD+VDS+VRS RD= VDD-VDS-VRSID=3,627,35mA RD= 491,156kΩ
3.3) Autopolarización sin resistencia de sourse
Polarización FET Y MOSFET
Datos:
Idss=12mA Vp=-4,8v VDS=5v VDD=10v Incógnitas:
ID= ? RD= ? RS= ? VGS= ? Solución:
RG= 1MΩ ID≈ IDSS RD= VDD-VDSID=512mA RD= 416,66kΩ 3.4) Polarización con divisor de tensión
Datos:
Idss=12 Vp=-4v VDS=5v VDD=10v VGS= -1,7v Incógnitas:
RD= ? RS= ? R1= ? R2= ? ID= ? Solución:
RG= 1MΩ ID= IDSS*(1-VGSVP)2 ID= 12mA*1--1,7-4,82ID= 7,9 mA VGS= VDD.R2R1+R2=10v.R1R1+R2 R1=R2
Polarización FET Y MOSFET
VG= VDD.R2R1+R2=10v.2VG=5 v R1=R2=2 MΩ VG=VGS+ID.RS RS= VG-VGSID=5v-1,7v3,9mA RS= 846Ω VDD= ID.(RD+RS)+VDS RD= 0,7 v3,9mA RD= 435,8Ω
3.5) Polarización con fuente positiva y negativa.
Datos:
Idss=12 mA Id=6 mA Vp=-4v VDS=5v VDD=12v VSS=-5v
Incógnitas:
R1= ? R2= ? ID= ? Solución:
RG= 1MΩ
Polarización FET Y MOSFET
ID= IDSS*(1-VGSVP)2 6 mA= 12mA*1-VGS-4,82 VGS= -1,7 v VGS=VSS+ID.RS RS= VG-VGSID=5v+1,7v6mA RS= 1 KΩ VDD= ID.(RD+RS)+VDS RD= 4,83 v6 mA RD= 820 Ω
3.6) Polarización de transistor MOSFET incremental
3.7) Polarización de transistor MOSFET decremental
Polarización FET Y MOSFET
1. Lista de Materiales e Instrumentos a utilizar: 2. Cuadro de cálculos medidos y simulados: 5.1) Polarización con dos fuentes
Calculad Medoidos os VG S
-1,2 VG v S
-1,32 v
VD S
5v
VD S
5,07 v
VR D
5v
VR D
5,02 v
ID
6 mA
ID
6,72 mA
Polarización FET Y MOSFET
5.2) Polarización con resistencias de sourseÇ Calculados
Medoidos
VG S
-1,4 v
VG S
-1,42 v
VD S
5v
VD S
4,75 v
VR D
3,60 v
VR D
3,02 v
VR S
1,39 v
VR S
1,22 v
ID
7,35 mA
ID
6,72 mA
5.3) Autopolarización sin resistencia de sourse Calculado s
Medoidos
VG S
0v
VG S
0v
VD S
5v
VD S
4,44 v
VR D
5v
VR D
5,62 v
ID
12 mA
ID
10,62 mA
5.4) Polarización con divisor de tensión Calculad os
Medoidos
Polarización FET Y MOSFET
VG S
1,7 v
VG S
1,4 v
VD S
5v
VD S
5,3 v
VR D
5v
VR D
5,62 v
6 mA
ID
7,96 mA
VR S ID
5.5) Polarización con fuente positiva y negativa Calculado s
Medoidos
VG S
VG 1,17 S v
-1,3 v
VD S
6v
5,52 v
VR D
4,87 VR v D
5,2 v
VR S
6,17 v
6,29 v
ID
6 mA
VD S
ID
6,43 mA
5.6) Diseñar calcular y comprobar el funcionamiento de la polarización de transistor MOSFET incremental
Polarización FET Y MOSFET
5.7) Diseñar calcular y comprobar el funcionamiento de la polarización de transistor MOSFET decremental
1. Análisis de datos y la practica en general:
En esta práctica no encontramos ningún inconveniente y el único al que le podríamos llamar problema o más bien un detalle que debemos tomar en cuenta es que al momento de conectar el transformador verificar que cumpla con la carga de nuestro circuito.
2.Conclusiones y Recomendaciones:
Una recomendación para realizar esta práctica es que al momento de empezar los cálculos con el condensador debemos tener en cuenta que la corriente cambia totalmente por lo que el valor del voltaje en también y de hecho es diferente al calculado sin el condensador. Debido a los gráficos y valores de los esquemas, esta práctica está bien realizada puesto a que coincidieron los gráficos y mediciones, no en su totalidad pero si en lo que esperábamos.
A recommendation for practice is that when the calculations start with the capacitor should be noted that the current changes completely as the voltage on too and in fact is different than that calculated without the
Polarización FET Y MOSFET
capacitor. Because the graphics and values of the schemes, this practice is well done since it coincided graphs and measurements, not entirely but if what we expected. 3.Bibliografía:
4. Anexos:
Existen varios tipos de conexión del FET aquí analizaremos una vista rápida de los 3 principales que posee: Polarización Fija.
De la figura se observa la gran inestabilidad que puede experimentar el punto de operación para el caso de los posibles cambios en los parámetros que puede presentar un FET aún cuando tratándose del mismo tipo ya que las técnicas de fabricación no son tan perfectas como para que IDSS y VGS off sean constantes de un dispositivo a otro. Este tipo de polarización es la peor forma de polarizar a un JFET ya que
Polarización FET Y MOSFET
el punto de operación (IDSQ, VDSQ) bastante es inestable.
Autopolarizacion.
La recta 1 representa una RS pequeña y proporciona un elevado valor de gm, ideal para una buena ganancia de corriente, la desventaja es la inestabilidad debido a los cambios en los parámetros del JFEt, como puede observarse. La recta 2 ofrece las mejores condiciones tales que no compromete la inestabilidad y los valores de transconductancia, es decir, no se sacrifican una u otra. La tercera grafica produce una buena estabilidad del punto de operación valores de gm bajos que se traduce en una baja ganancia de corriente. Por de divisores de Voltaje
Polarización FET Y MOSFET
De la figura puede observarse que este tipo de polarización es mejor que las dos anteriores debido a que ∆ IDSQ es menor, sin embargo para conseguir esto es necesario aplicar valores elevados de V DD para que V GG sea lo más grande posible y así el punto de operación sea más estable.
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