Polarización del FET

Transistor de Efecto de Campo

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.

• 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

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

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

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).

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

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

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

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

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.

• 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

• 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.

• Primero se establece las características de transferencia del dispositivo.

• Dibujar una línea recta definida por VGS = -ID*RS

Configuración de AutopolarizaciónSolución gráfica

• 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

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

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

• 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

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.

• 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

• 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

Polarización por Divisor de VoltajeVoltaje Drenaje – Fuente (VDS)

2121 RR

VII

RIV

RIVV

RRIVV

DDRR

SDS

DDDDD

SDDDDDS

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

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