Practica #1. Transistores JFET Electrónica Analógica II

Universidad Politécnica Salesiana

Abstract— In this paper we analyze the behavior of JFET transistors to

different forms of the same bias for transistor N.

There will be a design for each circuit, in order to obtain a specified output

of our circuit. Also we can see through the multimeter that is what happens

if a specific circuit as the voltage divider will put a resistor in the output of

the source. We will measures for each section of the circuit and analyze it

with calculations and simulations, these comparisons will be made by means

of tables where we can see if there is any variation in the results in each

circuit. The sections to be analyzed are: drain current (ID), Drain-Source

Voltage (VDS), Gate-Source Voltage (VGS) Circuits should be analyzed by

type of transistor either P-type or N decremental Incremental having

different reactions. A common problem with FET transistors is not

supporting much current as they tend to destroy exceeding the saturation

zone of the same, but the voltage is much easier to control than the current

practice for this is to use the two types of transistors JFET above.

I. INTRODUCCIÓN

El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET,

en inglés) es en realidad una familia de transistores que se

basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de

un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden

plantearse como resistencias controladas por diferencia de

potencial. La mayoría de los FET están hechos usando las

técnicas de procesado de semiconductores habituales,

empleando la oblea monocristalina semiconductora como la

región activa o canal. La región activa de los TFT (thin-film

transistor, o transistores de película fina) es una película que

se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la

principalaplicación de los TFT es como pantallas de cristal

líquido o LCD). [1][2][3]

Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son

los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-

Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-

Semiconductor FET). Es un dispositivo de tres terminales y

dos junturas, creado en un material semiconductor sólido

cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de

galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la

circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente

de control, mucho menor. [2][3]

El primer transistor se creó en los laboratorios Bell (Estados

Unidos de N.A.) en 1947,partiendo de una oblea de germanio,

gracias a los trabajos de William Shockley, JohnBardeen, y

Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel.

[1][2][3]

II. OBJETIVOS

Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de los

siguientes circuitos con transistores JFET.

A. Polarización del transistor con 2 fuentes.

B. Autopolarizacion.

Con resistencia de Source.

Sin resistencia de Source.

C. Polarización por divisor de tensión.

D. Polarización con fuente simétrica.

III. MARCO TEÓRICO

Transistor FET: El FET es un dispositivo semiconductor que

controla un flujo de corriente por un canal semiconductor,

aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria

de la corriente.

El FET está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la

cual se le adicionan dos regiones con impurezas tipo P

llamadas compuerta (gate) y que están unidas entre si. Ver la

figura 1. [4][5]

Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador

(drain), Fuente (source) y el tercer terminal es la compuerta

(gate) que ya se conoce. La región que existe entre el

drenador y la fuente y que es el camino obligado de los

electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje

(D) a Fuente (S). Ver la figura 1. [4][5]

Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al

transistor bipolar. El terminal de drenaje se polariza

positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la

compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a la

fuente (-Vgg). A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal

y más difícil para la corriente pasar del terminal drenador

(drain) al terminal fuente o source. La tensión -Vgg para la

que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es

diferente para cada FET. [4][5]

El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por

corriente y requieren que halla cambios en la corriente de

base para producir cambios en la corriente de colector. El

FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la

compuerta (gate) a fuente (Vgs) modifican la región de

rarefacción y causan que varíe el ancho del canal. [4][5]

Fig. 1 Junturas del transistor.

Funcionamiento: El funcionamiento del transistor de efecto

de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta

no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT donde la

corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en

comparación con la que circula por las otras terminales, no

siempre puede ser despreciada.

Los MOSFET, además, presentan un comportamiento

capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el

análisis y diseño de circuitos. Así como los transistores

bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o

FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo

de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al

transistor en estado de conducción o no conducción,

respectivamente. [5][6][7]

Los transistores de efecto de campo MOS son usados

extensísimamente en electrónica digital, y son el componente

fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.

Fig. 2 Terminales del FET.

Estructura y símbolo del transistor: Canal n y Canal p

Terminales: Puerta, Drenador y Fuente. Componente

simétrico. Ver la figura 3.

Fig. 3 Simbología del transistor.

Efecto campo. Canal n: Tensión VDS y VGS al aire: iD

proporcional a VDS. Máxima iD determinada por la sección

del canal n. Resistencia.

Fig. 4 Polarización del FET canal n.

Tensión VDS y VGS cortocircuitado: Polarización p-n

inversa. Aparece zona de transición o agotamiento. Se

estrecha el canal de conducción. iD proporcional a VDS hasta

un valor máximo iDSS (Corriente de drenaje de saturación).

Comportamiento no lineal.

Fig. 5 Curva del transistor.

Tensión VDS y VGS polarizado en inversa: Polarización p-n

más inversa que VGS=0. Zona de transición mayor. Canal de

conducción más estrecho. iD proporcional a VDS hasta un

valor máximo. Comportamiento no lineal.

Fig. 6 Polarización

Zonas de funcionamiento:

Zona Lineal: Para una determinada >VTR la iD varía

linealmente según se incrementa VDS hasta una Vsat.

Vsat~VGS-VTR

Zona de Saturación: Para una determinada tensión

VGS>VTR, si VDS>Vsat la iD permanece constante

aunque aumente VDS.

Zona de Corte: Para una determinada tensión VGS<VTR

en canal está estrangulado y no circula la corriente iD.

Curva característica del FET y punto de trabaoj: En la

figura 7, muestra que al aumentar el voltaje Vds (voltaje

drenador - fuente), para un Vgs (voltaje de compuerta)

fijo, la corriente aumenta rápidamente (se comporta como

una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de

estricción), desde donde la corriente se mantiene casi

constante hasta llegar a un punto B (entra en la región de

disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta

rápidamente hasta que el transistor se destruye. [6][7][8]

Fig. 7 Curva del transistor a la salida.

Si ahora se repite este gráfico para más de un voltaje de

compuerta a surtidor (Vgs), se obtiene un conjunto de

gráficos. Ver que Vgs es "0" voltios o es una tensión de

valor negativo.

Si Vds se hace cero por el transistor no circulará ninguna

corriente. (ver figura 9)

Para saber cuál es el valor de la corriente se utiliza la

fórmula de la curva característica de transferencia del

FET. [6][7][8]

Fig. 8 Curva del transistor a la salida varios voltajes.

Ver gráfico de la curva característica de transferencia de

un transistor FET de canal tipo N en el gráfico. La

fórmula es: ID = IDSS (1 - [Vgs / Vgs (off)] )

donde:

- IDSS es el valor de corriente cuando la Vgs = 0

- Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de

corriente entre drenaje y fuente (ID = 0)

- Vgs es el voltaje entre entre la compuerta y la fuente

para la que se desea saber ID

Fig. 9 Recta de carga del transistor.

Características.

Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta

(casi 100MΩ).

No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza como

conmutador (interruptor).

Hasta cierto punto es inmune a la radiación.

Es menos ruidoso.

Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad

térmica. [6][7][8]

IV. LISTADO DE MATERIALES.

- Baceta.

- Resistencias (varias).

- Cable multipar.

- Transistores (Canal N )

- Multimetro.

15 Resistencias. 05 ctv c/u

5 Transistores 60 ctv c/u

Costo total materiales = $ 3,75 ctv.

V. DESARROLLO.

Huna vez que contamos con todos los materiales y los

diagramas revisados anteriormente y calibrado el osciloscopio

procedemos a armar los circuitos en nuestra baceta.

Verificamos los pines de nuestro transistor para armar el

circuito de una manera correcta y evitar alguna complicación,

podemos cerciorarnos de los pines en la imagen vista

anteriormente.

Para realizar la practica primeramente se debe de tener una

idea clara de lo que son los transistores, también se debe de

tener conocimientos sobre sus valores y de su correcta

conexión para que en la práctica no tengamos inconvenientes.

Para cada circuito tenemos que medir la Corriente de drain

(ID), Voltaje Drain-Source (VDS), Voltaje Gate-Source (VGS),

luego proceder a verificar que los valores medidos coincidan

con los valores pedidos en el cálculo, de no ser así volver a

recalcular con los nuevos valores y compararlos nuevamente.

El motivo del recalculo se debe a que el Vp del transistor

cambia de valor debido a la temperatura u otros factores.

A. Circuito 1:

Polarización con 2 Fuentes.

Cálculos.

Datos:

Cálculos:

Simulaciones.

ID VDS

Tabla de datos.

Recta de carga.

Ver Anexo I.

B. Circuito 2:

Autopolinización sin resistencia de Source.

MPF102

RD

VDD

0

VDD

1

Cálculos.

Datos:

Cálculos:

Simulaciones.

ID VDS

Tabla de datos.

Recta de carga.

Ver Anexo II.

C. Circuito 3:

Autopolinización con resistencia de Source.

Cálculos.

Datos:

Cálculos:

Simulaciones.

ID VDS

VDD

RD

RG

RS

MPF102

3

0

VDD

2

1

Tabla de datos.

Recta de carga.

Ver Anexo III.

D. Circuito 4:

Polarización por divisor de tención.

Cálculos.

Datos:

Cálculos:

Simulaciones.

ID VDS

Tabla de datos.

Recta de carga.

Ver Anexo IV.

R1

R2RS

RD

MPF102

VDD

VDD

0

1

3

2

E. Circuito 5:

Polarización con fuente simétrica.

Cálculos.

Datos:

Cálculos:

Simulaciones.

ID VDS

Tabla de datos.

Recta de carga.

Ver Anexo V.

VI. ANÁLISIS.

En el desarrollo de esta práctica se trató de obtener los

valores calculados ya sea de voltaje como de los elementos

mismos del circuito, por lo que se trató de aproximar el valor

calculado al valor comercial de resistencias, algunos

resultados variaron no de forma considerable pero, si con un

rango notable.

Los análisis de circuitos armados, a trabes de Cálculos

Matemáticos, Práctica y simulaciones. Podemos Observar

que existe un rango de diferencia entre el Cálculo, las

Mediciones y la Simulación, esto está ligado a los siguientes

parámetros. Valores de resistencias aproximados, aparatos de

mediciones con errores, etc.

MPF102

VDD

RD

RS

VSS

VSS

VDD

0

1

3

Al tratar de resolver los circuitos con el transistor FET

tuvimos que valernos de resoluciones de ecuaciones para tratar

de resolverlos, así como también la imposición de algunos

datos para facilitar los cálculos. Los parámetros fueron

tomados de la guía de uso que viene con el FET y tuvimos que

tomar esos datos de los rangos indicados. También cabe decir

que si el punto de trabajo debe estar a la mitad el valor de

VDS debe ser VDD/2, para trabajar a la mitad de la recta de

carga.

VII. CONCLUSIONES.

Realizando la investigación para la introducción al transistor

observamos que el transistor puede actuar como interruptores

cerrados y abiertos debido en la zona de trabajo del transistor,

estos cumplen funciones de amplificador, oscilador,

conmutador o rectificador, esto se da en la zona lineal del

transistor

Los transistores FET, son transistores controlados por voltaje

para variación de corriente, aunque uno de sus principal les

problemas es que no manejan altas corrientes es más sencillo

controlarlos por voltaje ya que se puede saber fácilmente las

caídas de tensión de los mismos, según las resistencias que se

utilicen esto a través de la ley de ohm.

Se puede observar que la curva característica del FET es muy

parecida a la del BJT. Puedo decir que para que las

mediciones de la practica sean aceptables y tengan el menor

número de errores en las mismas con respecto a los cálculos

tuvimos que ajustar las resistencias lo más posible a los

cálculos teniendo en algunos casos que poner las resistencias

en serie o en paralelo ya que los valores de las mismas si se

alejaban mucho cambian los valores de corriente y voltaje a

rangos que no son aceptables, es decir que para el transistor

FET funcione correctamente las resistencias deben ser las más

exactas posibles.

Los valores de los JFET pueden ser diferentes aunque sean del

mismo tipo por lo que primero tuvimos que obtener los

valores reales de Vp y de IDSS. Para medir el Vp y el IDSS

utilizamos la polarización fija, conectamos un voltímetro para

medir el VGS y un amperímetro para medir la corriente ID,

entonces variamos el voltaje VGS con la fuente VGG hasta

que sea cero y obtenemos el valor de IDSS del amperímetro y

para medir el valor Vp variamos la fuente Vcc hasta que sea

cero, es decir, cuando la corriente ID=0 y obtenemos nuestro

voltaje Vp del voltímetro.

Siempre debemos tener en cuenta que algunos factores

influyen bastante en los cálculos y las mediciones para los

circuitos con transistores.

____________________________________

Doing research for the introduction to see that the transistor

transistor can act as switches open and closed in the area

because of transistor, these functions satisfy amplifier,

oscillator, switch, or rectifier, this occurs in the linear region

of the transistor

FET transistors are voltage controlled transistor current

variation, but one of its main problems is that they do not

handle high currents is voltage-control easier since you can

easily know the voltage drops of the same, as the resistance

that are used by Ohm's law.

One can observe that the characteristic curve of the FET is

very similar to the BJT. I can say that for practical

measurements are acceptable and have the least number of

errors in the calculations regarding had to adjust the

resistance as possible to the calculations taking place in some

cases that the resistors in series or in parallel since the values

of the same if they strayed much change the current values

and voltage ranges that are not acceptable, ie for the FET

resistance function properly should be the most accurate

possible.

The values of the JFET can be different but the same type so

we first had to obtain the actual values of Vp and IDSS.

We must always keep in mind that some factors influence

enough in the calculations and measurements for circuits

with transistors.

VIII. RECOMENDACIONES.

Realizando la práctica y paralelamente con la investigación

podemos establecer unas recomendaciones necesarias para la

realización exitosa de la práctica:

Si estando en la zona de saturación se aumenta mucho

VDS se produce la ruptura del componente.

Realizar la medición de los valores IDss y Vp para cada

transistor a utilizar debido a que estos valores varían

para cada transistor y difieren de los del datasheet. Para

la medición de estos valores podemos aplicar la

polarización fija explicado en las conclusiones.

Imponerse valores adecuados para que no sobrepasen los

valores limites del transistor es decir que no sobrepasen

IDss y Vp.

REFERENCIAS.

[1] http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=18710463

[2] CA Ibarra, S Medina S, Á Bernal N - TE & ET, 2007 -

sedici.unlp.edu.ar

[3] www.asifunciona.com/electrotecnia/...resistencia/ke_resi

stencia_1.html

[4] Robert L. Boylestad, Introducción al analisis de

Circuitos, Decima Edicion, 2004

[5] http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor }

[6] www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/applets/pagina_jfet/J

Fet.htm

[7] http://www.ucm.es/info/electron/laboratorio/componente

s/codigos/pag06-03.htm

[8] http://www.av.anz.udo.edu.ve/

[9] Explicaciones realizadas por el profesor de laboratorio.

ANEXOS

Rectas de Carga y Puntos de trabajo.

Anexo 1

Polarización Fija.

Tabla de datos.

Anexo II

Autopolinización sin Resistencia de Sourse.

Tabla de datos.

Anexo III

Autopolinización con Resistencia de Sourse.

Tabla de datos.

Anexo IV

Polarización por Divisor de Tensión.

Tabla de datos.

Anexo V

Polarización con Fuente Simétrica.

Tabla de datos.