Polarizacion Bjt y Fet

8/10/2019 Polarizacion Bjt y Fet

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Práctica #1 Polarización JFET y MOSFETEdison A. Buri, [email protected]

Universidad Politécnica SalesianaLaboratorio Electrónica Analógica II

Resumen—The document contains information on the JFET’simplementation and MOSFET , as well as the polarizations forboth , the functioning of every one and the calculations for theaforementioned polarizations.

Index Terms—JFET, MOSFET, Polarizations.

OBJETIVOS

1. Calcular, diseñar e implementar las polarizaciones si-

guientes:

Polarización con Fuente al Gate.Polarización con Resistencia de Source.Polarización por Medio de Divisor de Tensión.Polarización con Doble Fuente.Polarización con Gate a Tierra.

2. Realizar el circuito y la simulación de la polarización delos transistores mosfet incremental y decremental.

I. INTRODUCCIÓN

El transistor FET a diferencia del BJT maneja tensión en lu-gar de corriente, sin embargo, ambos se disponen en dos tiposde canales como son de canal N y de canal P respectivamente,lo que tienen estos transistores son las polarizaciones tanto delBJT Y JFET son las mismas, lo que si varia son las ecuacionesde calculo para cada una, por la razón ya mencionada, dela misma manera en el caso del Mosfet existe de dos tiposde Canal N y P, pero para el de canal N son los del tipodecremental, mientras para el canal P son del tipo incremental.

II. MARCO TEÓRICO

JFET (Transistor de Efecto de Campo)

El transistor de efecto de campo o también llamado JFET,es unipolar el cual se lo puede controlar mediante variacionesen la tensión. Ademas de que se encuentra subdido en JFET decanal N y P, siendo NJFET y PJFET. Se muestra en la Figura1. Se diferencia de los BJT debido a que estos se controlanpor corriente.[1]

Figura 1. Tipos de JFET

Tiene una alta impedancia de ingreso, razón por la cual sonlos mas recomendables a la hora de diseñar amplificadores decorriente alterna. se encuentra compuesto de 3 partes como laspodemos ver en la Figura 2.

Figura 2. Partes del JFET

EL transistor JFET tiene 2 variables que dependen de suconstrucción estas son su valor de IDss y Vp, las cualeslas podemos conocer en las características del transistor, esdecir, en su datasheet, donde la IDss es la máxima corrienteque puede pasar por el drenaje y la fuente (Id). Existirá unaresistencia en el canal dentro del transistor, mientras el voltajeentre en el Drenaje y la Fuente sea menor que Vp. Figura 3.



2

Figura 4. Estrangulamiento por Vp.

Figura 3. Curva de IDss

Vp es el voltaje negativo que se aplica a la puerta paraestrangular el canal de paso y no permitir el paso de mascorriente. Figura 4.

Cuando el voltaje en la puerta es menor a Vp. Entoncesse usa la corriente Id, y se usa la ecuación de Shockley, verecuación 1

Id = Idss

1 − V gsV p

(1)

Ahora se encuentra el valor de IDss en función de Vds. Paracada valor, Vgs sera constante. Luego se gráfica la ecuaciónde shockley y se encuentra la relación del efecto de Vgs enel transistor.

V gs = V p

1 −

Id

IDss

(2)

Figura 5. Gráfica del transistor en operación.

Polarización con Fuente al Gate

El esquema se puede ver en la figura 6.

Figura 6. Polarización con Fuente al Gate

Las ecuaciones a usar son las siguientes:

V gg = −V gs (3)

Como tiene que estar en la mitad del valor de la fuente, verecuación 4

V ds = V dd

2 (4)

Usamos la ecuación 2, para Vgs.Planteamos la malla de salida

V dd − Id ∗ Rd − V ds = 0 (5)

Reemplazando 4, se tiene.

V dd

2 = I d ∗ Rd (6)

Despejando RD, se tiene 7.

Rd = V dd

2 ∗ Id (7)



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Polarización con Resistencia de Source


Figura 7. Polarización con Resistencia de Source.


Rs = −V gs

Id (8)

Planteamos la malla de salida, ver ecuación 9.

V dd − V ds − Id (Rd + Rs) = 0 (9)

Id ∗ Rd = V dd

2 − Id ∗ Rs (10)

Despejando Rd, ver ecuación 11.

Rd =

V dd

2 ∗ Id − Rs (11)

Polarización con Divisor de Tensión


Figura 8. Polarización con Divisor de Tensión

Las ecuaciones a usar son las siguientes:Se plantea el partidor de tensión para Vg, ver ecuación 12.

V g = R2 (V dd)

R2 + R1 (12)

V g = V g s + Id ∗ Rs (13)

R1 + R2 = R2 (V dd)

V g (14)

Despejando R1, ver ecuación 15.

R1 = R2 (V dd)

V g − R2 (15)

Polarización con Doble Fuente


Figura 9. Polarización concon Doble Fuente


Rs = V ss − V gs

Id (16)

Planteamos la malla de salida, ver ecuación 17.

V dd + V ss−

V ds−

Id∗

Rd−

Id∗

Rs = 0 (17)

V dd + V ss − V ds − Id ∗ Rd − Id ∗ Rs = 0 (18)

Id ∗ Rd = V dd + V ss − V d − Id ∗ Rs (19)

Rd = V dd + V ss − V d

Id − Rs (20)



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Polarización con Gate a Tierra


Figura 10. Polarización conGate a Tierra

Las ecuación a usar es la siguiente:

Rd ≤V dd

IDss (21)

Adenas V gs = 0,

III. MATERIALES Y HERRAMIENTAS

Se puede ver en la Cuadro I

Cuadro IDESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

Material cantidad costo

MPF102 1 1.00Resistencias 20 0.3Multimetro

Cable Multipar

Fuente de Tension DC Total 1.60

IV. DESARROLLO

IV-A. Simulaciones

Polarización con Fuente al Gate: La simulación se observaen la Figura 11

Figura 11. Simulación de la configuración Polarización con Fuente al Gate..

Polarización con Resistencia de Source: La simulación seobserva en la Figura 12.

Figura 12. Simulación de la configuración Polarización con Resistencia deSource.

Polarización por Medio de Divisor de Tensión: La simula-ción se observa en la Figura 13.



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Figura 13. Simulación de la configuración Polarización por Medio de .

Polarización con Doble Fuente: La simulación se observa

en la Figura 14.

Figura 14. Simulación de la configuración Polarización con Doble Fuente.

Polarización con Gate a Tierra: La simulación se observaen la Figura 15.

Figura 15. Simulación de la configuración Polarización con Gate a Tierra.

IV-B. Cálculos

Polarización con Fuente al Gate : Dado que al obtener losvalores de Vp e IDss del JFET, procedemos a reemplazar losdatos en la ecuación 2.

IDss = 12,8mA

V p = −2,9V

Id = 5mA

Dado que V gg = −V gs tenemos que

V gg = −V gs (22)

V ds = V dd

2 =

12

2 = 6V (23)

V gs = −2.9

1 −

5mA

12mA

= −1.08 (24)

V dd − Id ∗ Rd − V ds = 0 (25)

V dd

2 = I d ∗ Rd (26)

Rd = V dd

2 ∗ Id (27)

Rd = 12

2 (5m) = 1.2kΩ (28)

Ahora veremos la recta de carga en la Figura 16.

Figure 16. Recta de Carga de Polarización con Fuente al Gate

Se puede ver la de Tabla de valores calculados, medidos ysimulados en el Cuadro II

Cuadro IICUADRO DE VALORES MEDIDOS DE POLARIZACIÓN CON RESISTENCIA DE

SOURCE.

Calculados Medidos Medido

Id 5mA 4.94mA 4.949mAVgs 1.08V 1.09V 1.08VVds 6V 5.87V 6.061V



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Polarización con Resistencia de Source: Como ya calcu-lamos el valor de Vgs, ademas nuestra Id es la misma paratodos, hallamos la resistencia Rd.

Rs = −V gs

Id (29)

Rs = −−1,08

5m = 216 ≡ 220Ω (30)

V dd − V ds − Id (Rd + Rs) = 0 (31)

Id ∗ Rd = V dd

2 − Id ∗ Rs (32)

Rd = V dd

2 ∗ Id − Rs (33)

Rd = 12

2 (5m) − 216 = 984Ω ≡ 1kΩ (34)


Figure 17. Recta de Carga de Polarización con Resistencia de Source.

Se puede ver la de Tabla de valores calculados, medidos ysimulado en el Cuadro III

Cuadro IIICUADRO DE VALORES MEDIDOS DE POLARIZACIÓN CON RESISTENCIA DE

SOURCE.

Calculados Medidos Simulado

Id 5mA 4.84mA 4.91mAVgs 1.08V 1.07V 1.08VVds 6V 6V 6.061V

Polarización por Medio de Divisor de Tensión: Para estaconfiguracion nos imponemos los valores de las resistenciasR2 = 1kΩ y Rs = 330Ω.

V g = R2 (V dd)

R2 + R1 (35)

V g = V g s + Id ∗ Rs (36)

V g = −1,08 + (5m)330 = 0,57 (37)

R1 + R2 = R2 (V dd)

V g (38)

R1 = R2 (V dd)

V g

− R2 (39)

R1 = 1k (12)

0,57 − 1k = 20,05kΩ ≡ 20kΩ (40)

Usamos la ecuación 33.

Rd = 12

2 (5m) − 330 = 870Ω (41)


Figure 18. Recta de Carga de Polarización por Medio de Divisor de Tensión.

Se puede ver la de Tabla de valores calculados, medidos ysimulado en el Cuadro IV

Cuadro IVCUADRO DE VALORES ME DIDOS DE POLARIZACIÓN POR MEDIO DE

DIVISOR DE TENSIÓN.

Calculado Medido Simulado

Id 5mA 4.9mA 4.976mAVds 6V 5.87v 6.029VVgs 1.08V 1.07v 1.08vVg 0.57V 0.6v 0.6v

Polarización con Doble Fuente: Para esta nos impusimosuna fuente de doble simétrica, es decir, V dd = 12V y V ss =−12V , ademas de un V ds = 6V .

Rs = V ss − V gs

Id (42)

Rs = 12 − (−1,08)

5m = 2,64kΩ ≡ 2,67Ω (43)

V dd + V ss − V ds − Id ∗ Rd − Id ∗ Rs = 0 (44)



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12 + 12 − 6 − Id ∗ Rd − Id ∗ Rs = 0 (45)

Id ∗ Rd = 18 − Id ∗ Rs (46)

Rd = 18

Id − Rs (47)

Rd = 18

5m − 2,67k = 990Ω ≡ 1kΩ (48)


Figure 19. Recta de Carga de Polarización con Doble Fuente.

Se puede ver la de Tabla de valores calculados, medidos ysimulado en el Cuadro V

Cuadro VCUADRO DE VALORES ME DIDOS DE POLARIZACIÓN CON DOBLE FUENTE.


Id 5mA 4.82mA 5.002mAVgs 1.08V 1.07V 1.08VVds 6V 6.05V 5.987VVss -12V -11.70V -12V

Polarización con Gate a Tierra: Dado que esta configu-ración no tiene Rs, la Id = Idss, Entonces usaremos laecuación 33, pero daremos al Rs = 0.

Rd = 122 (5m)

= 468,75Ω ≡ 470Ω (49)

Rd ≤V dd

IDss (50)

Rd ≤12

12,8m (51)

Rd ≤ 937,5Ω (52)


Figure 20. Recta de Carga de Polarización con Gate a Tierra.

Se puede ver la de Tabla de valores calculados, medidos ysimulado en el Cuadro VI

Cuadro VICUADRO DE VALORES MEDIDOS DE POLARIZACIÓN CON DOBLE FUENTE.


Id 12.8mA 12.5mA 13mAVds 6V 6V 6.078V

Polarizacion Mosfet Incremental: Utilizamos las siguientesecuaciones

Id = k(V GS − V GS (TH ))2 (53)

V GS = V DD − I D ∗ RD (54)

V GS = V DD......I D = 0 (55)

Polarizacion Mosfet Decremental: Utilizamos las siguientesecuaciones

Id = Idss

1 −

V gs

V p

(56)

V gs = V p

1 −

Id

IDss

(57)

V. ANALISIS DE RESULTADOS

Polarización con Fuente al GateLa recta de carga del punto de trabajo queda dada en V ce

por el V dsq , llegando a ser V dsq = V g g

Polarización con Resistencia de Source

En este caso la recta de carga del punto de trabajo esta dadopor V dsq = V gsq .

Polarización por Medio de Divisor de Tensión

La recta de carga del punto de trabajo se da cuando V gs =0.



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Polarización con Doble Fuente

La recta de carga del punto de trabajo se da en id = 4,61mA

Polarización con Gate a Tierra

La recta de carga del punto de trabajo se cuando V gsq = 0,dado que I d = Idss.

CONCLUSIONES

En la practica se pudo obtener los valores de IDss y Vppor experimentacion, para el FET MPF102, sin embargo, cadaFET tiene sus propios valores tanto de IDss como de Vp, poresta razón hay que ser cuidadosos de no dañar el FET que seutilize, por que estos valores se lo usa en los cálculos de cadapolarización.

In the practice could obtain the values of IDss and Vp forexperimentation itself , for the FET MPF102 , however , eachFET has its own values so much of IDss tipical of Vp , forthis reason has somebody be careful from not damaging theFET than himself utilize , why these moral values you use it

in the calculations of every polarization

REFERENCIAS

[1] Electrónica, teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 10ma Edición,Boylestad, Robert L, Pearson Educación.

[2] Domenico Furnari, Giancarlo Golia. Fundamenti Di Electtronica Analo-gica, Padova,1988, Casa Editrice Dott

[3] T. FLOYD, “Electronic Device”, Editorial Prentice Hall / Pearson Edu-cation, 2011.

[4] Scribd, Armando Rob, Electronica polarizacion del fet, Publicado: Feb15, 2012, Consultado: 22/10/2014. Disponible: http://es.slideshare.net/ armandorob/electronica-polarizacion-del-fet

[5] Scribd, Engineering UVM Hermosillo, Polarización FET, Publicado: 24de julio de 2009, Consultado: 22/10/2014. Disponible: http://es.slideshare.net/projectronicsuvm/polarizacin-fet

[6] Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Electrónica Básica, Con-

figuraciones De Polarización Del Fet, Consultado: 22/10/2014. Dis-ponible: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201419/contLinea/leccin_21_configuraciones_de_polarizacin_del_fet.html

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