polarizacion del fet 1
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Polarización del FET
Transistor de Efecto de Campo
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Objetivos
Al final de este capítulo, usted será capaz de: – Comprender y reconocer las distintas formas de
polarización de un FET.– Realizar un análisis gráfico y matemático para
encontrar las variables de interés.
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• Relación entre las variables de entrada y salida es no lineal debido al término cuadrá- tico de la ecuación de Shockley.
• Relación no lineal genera una curva -> Curva de transferencia del FET.
• Relación no lineal entre ID y VGS complica el método matemático del análisis dc de las configuraciones del FET.
• Método gráfico es el más recomendado -> Limita la solución a precisión de décimas, pero es más rápido.
• Variable de entrada -> BJT (Corriente) -> FET (Voltaje)
• Variable de salida -> Ambos casos (BJT y FET) es una corriente.
INTRODUCCIÓN
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Relaciones Generales (dc)
IG ≈ 0 A
• Para todos los amplificadores FET (dc)
ID ≈ IS
• Para los JFET y los MOSFET de Tipo Decremental.
2
1
p
GSDSSD V
VII
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Relaciones Generales (dc)
• Para los MOSFET de Tipo Incremental.
2TGSD VVkI
• Todas las ecuaciones anteriores son aplicables sólo para el dispositivo. No cambian con la configuración de red, siempre y cuando se encuentre en la régión activa.
Solución = Ecuación de Dispositivo + Ecuaciones de Red
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Configuración de Polarización Fija
• Arreglo de Polarización más simple (JFET de canal-n)
• Una de las pocas configuraciones de FET que puede resolverse de forma directa (matemática o gráfica).
• Vi y Vo (niveles de ac), C1 y C2 (capacitores de acoplamiento, circuitos abiertos en dc).
•RG está presente para limitar la corriente en el caso que VGG esté conectado con polaridadErrónea.
• RG está presente para asegurar que Vi se presente a la entrada del amplificador a FET (ac).
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Configuración de Polarización FijaAnálisis Matemático
IG ≈ 0 A VRARIV GGGRG0)0(
VGS=-VGG
2
1
p
GSDSSD V
VII
Se reemplaza VGS en la Ecuación de Schockley Ya que VGS es fija
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Configuración de Polarización FijaAnálisis Gráfico
• Graficación de la ecuación de Schockley. (3 o 4 puntos basta).
• Se sobrepone el nivel fijo de VGS como una línea vertical en VGS = -VGG.
• El punto donde se intersectan ambas curvas es la solución común para la configuración (punto de operación o estabilidad (Q)).
• El nivel de estabilidad se determina al dibujar una línea horizontal desde el punto Q hacia el eje vertical ID
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Configuración de Polarización FijaVoltaje Drenaje – Fuente (VDS)
GSG
GSSGSGSGGS
DSD
DSSDSDSDDS
s
VV
VVVVVVVV
VV
VVVVVVVV
VV
0
0
0
• El voltaje de drenaje a fuente de la sección de salida puede calcularse si se aplica LKV:
DDDDDS RIVV 0 DDDDDS VRIV
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Ejercicio
Calcule utilizando el método matemático y el gráfico para la red de la figura. a) VGS(Q)
b) ID(Q)
c) VDS
d) VD
e) VG
f) VS
Solución:
a) VGS(Q)=-2Vb) ID(Q)=5.625mAc) VDS=4.75Vd) VD=VDS=4.75Ve) VG=VGS=-2Vf) VS=0V
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Configuración de Autopolarización
• Elimina la necesidad de contar con dos fuentes de alimentación de dc.
• El voltaje de control VGS lo determina el voltaje a través del resistor RS que está conectado en la terminal de la fuente.
• Capacitores (circuitos abiertos)• RG (corto circuito) ya que IG = 0A.
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• La corriente a través de RS es la corriente de fuente IS, pero como IS = ID y:
Configuración de Autopolarización
SDR RIVS
SDGS
RGS
RGS
RIV
VV
VV
S
S
0
• Aplicando LKV a la izquierda de la red la figura:
• VGS está en función de la corriente de salida ID y no posee una magnitud fija como ocurría para la configuración de polarización fija.
Definida por la
Configuración de la red
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• Reemplazando VGS en la ecuación de Schockley.
Configuración de AutopolarizaciónSolución matemática
0
1
11
212
2
22
KIKI
V
RIII
V
RII
V
VII
DD
P
SDDSSD
P
SDDSS
P
GSDSSD
• Luego es posible resolver esta ecuación cuadrática para encontrar la solución apropiada para ID.
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• Primero se establece las características de transferencia del dispositivo.
• Dibujar una línea recta definida por VGS = -ID*RS
Configuración de AutopolarizaciónSolución gráfica
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• Aplicando LKV al circuito de salida de la figura.
Configuración de AutopolarizaciónVoltaje Drenaje – Fuente (VDS)
)(
0
DsDDDDS
SD
DDSSDDRRSDDDS
DDRDSR
RRIVV
II
RIRIVVVVV
VVVV
D
DS
DRDDSDSD
G
SDS
VVVVV
VV
RIV
0
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Ejercicio
Determine lo siguiente para la red de la figuraa) VGS(Q)
b) ID(Q)
c) VDS
d) VS
e) VG
f) VD
Solución:
a) VGS(Q)=-2.6Vb) ID(Q)=2.6mAc) VDS=8.82Vd) VS=2.6Ve) VG=0Vf) VD=11.42V
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Ejercicio
Determine lo siguiente para la configuración de compuerta común de la figura: a) VGS(Q)
b) ID(Q)
c) VD
d) VG
e) VS
f) VDS
Solución:
a) VGS(Q)=-4.08Vb) ID(Q)=3.8mAc) VD=6.3Vd) VG=0Ve) VS=2.58Vf) VDS=3.72V
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• La construcción básica de un amplificador a FET utilizando un arreglo de polarización por divisor de voltaje es idéntica al que se vió para BJT, pero el análisis dc de cada uno es muy diferente.
• Para amplificadores FET IG = 0A, pero la magnitud de IB para los amplificadores BJT de emisor común puede afectar los niveles dc de corriente y el voltaje del circuito de entrada como el de salida.
Polarización por Divisor de Voltaje
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Polarización por Divisor de Voltaje
Ecuación que incluye las dos mismas variables que aparecen en la ecuación de Schockley: VGS e ID
Los valores de VG y RS los fija la red.
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• La ecuación VGS = VG – ID*RS es una línea recta pero el origen ya no es un punto en el trazo de la línea.• La intersección de la línea recta con la cur- va de transferencia en la región a la izquier- da del eje vertical, definirá el punto de ope- ración (ID y VGS)
Polarización por Divisor de Voltaje
mAIGGS
SGsDGGS
D
DVV
RmAVRIVV
mAI
0
)0(
0
VVS
GD
SDG
SDGGS
GS
GSR
VI
RIVV
RIVV
VV
0
0
0
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• El incremento en los valores de RS reducirá el nivel de la intersección de ID.(ocasiona niveles menores de estabilidad de ID y valores más negativos de VGS).
Polarización por Divisor de VoltajeEfecto de RS en el punto Q
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Polarización por Divisor de VoltajeVoltaje Drenaje – Fuente (VDS)
2121 RR
VII
RIV
RIVV
RRIVV
DDRR
SDS
DDDDD
SDDDDDS
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Ejercicio
Determine lo siguiente para la red de la figuraa) ID(Q) y VGS(Q)
b) VD
c) VS
d) VDS
e) VDG
Solución:
a) ID(Q)=2.4mA ; VGS(Q)=-1.8Vb) VD=10.24Vc) VS=3.6Vd) VDS=6.64Ve) VDG=8.42V
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Ejercicio
Determine lo siguiente para la red de la figuraa) ID(Q) y VGS(Q)
b) VDS
c) VD
d) VS
Solución:
a) ID(Q)= ; VGS(Q)=Vb) VDS=Vc) VD=Vd) VS=V