Instituto Tecnológico de Costa Rica – Laboratorio de Circuitos Discretos1 Experimento 5 – Circuitos de polarización de transistores JFET Rosales, Luis Objetivo—Analizar los circuitos de polarización fija, automática y por divisor de tensión para transistores JFET. a partir de los elementos externos del circuito conectados al JFET. El punto de operación Q se obtiene como la intersección de ambas curvas. III. PROCEDIMIENTO Parte A – Circuito de polarización fija. A-1 Construya el circuito de la figura E-51. Anote el valor experimental medido para RD. Note que para el circuito de polarización fija, el voltaje VGS será entregado por una fuente externa independiente. Esto permite que VGS sea graficado como curvas verticales constantes que intersecan la curva de transferencia de Shockley. A-2 Ajuste VGS a 0V y mida el voltaje VRR Calcule la corriente ID usando (1) y el valor medido de RD: 𝑉𝑅𝐷 (1) 𝐼𝐷 = 𝑅𝐷 Considere que si VGS = 0V, entonces la corriente obtenida es la corriente de saturación del JFET: IDSS. Anote el valor obtenido: IDSS:_____________________ A-3 Gradualmente varíe el valor de VGS. Hágalo cada vez más negativo hasta lograr que VRD≈1mV (por ende: ID≈VRD/RD≈1µA). Como ID se considera muy pequeña, asuma ID=0A y por ende, el valor resultante de VGS es el voltaje de pinchado del JFET. Anótelo. VP:_____________________ I. EQUIPO REQUERIDO Instrumentos: • Multímetro Digital (DMM) • Fuente de tensión CD • Bateria de 9V con conectores (opcional) Componentes: • Resistencias: o 1 kΩ [1] o 1.2 kΩ [1] o 2.2 kΩ [1] o 3 kΩ [1] o 10 kΩ [1] o 10 MΩ [1] o Potenciómetro 1 kΩ [1] • Transistores: o JFET 2N4416 (ó equivalente) (1) II. RESUMEN TEÓRICO En teoría, el procedimiento para polarizar un JFET es el mismo que para un BJT, solo que las variables para controlar la polarización pasan a ser la corriente en el drenaje ID (en lugar de IC) y una curva de carga que involucra VDD (reemplaza VCC) y VDS (en lugar de VCE). La intersección de la recta de carga con las curvas características del drenaje determinan el punto de operación (Q) del JFET, donde el punto de operación se logra mayoritariamente al controlar el circuito externo que se usa para polarizarlo. En la práctica, transistores JFET, incluso del mismo tipo y fabricante, muestran variaciones considerables en las curvas características de corriente de drenaje. Razón por la cual es común que los fabricantes no las publiquen, en su lugar, se publican valores de corriente de saturación y voltajes de pinchado (pinch-off), por lo que es necesario encontrar una manera distinta de obtener el punto de operación. Para esto, se utiliza la curva de transconductancia, que muestra la relación entre ID y VGS a partir de la corriente de saturación, el voltaje de pinchado y la ecuación de Shockley. Luego, se construye la curva de polarización, que se determina Figura E5-1 – Circuito de polarización fija Anote este como el valor experimental de IRD. IDQ:_____________________ A-6 En el circuito de la figura E5-1. 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐺 − 𝐼𝐷 𝑅𝑆 B-1 Construya el circuito de la figura E5-3.________________ .Instituto Tecnológico de Costa Rica – Laboratorio de Circuitos Discretos A-4 Usando los valores calculados de IDSS y VP. La corriente resultante de drain (ID) y el vltaje VGS pueden determinarse a partir del gráfico trazando una línea horizontal y una vertical a partir del punto de operación Q y hasta intersecar los ejes. Anote el valor calculado de IDQ. Anote los valores medidos de resiste ncias. B-3 En la figura E5-4. encuentre el punto de operación Q. Tabla E5-1 – Voltajes de auto-polarización Calculado Medido % Error Voltaje VGS VD VG VDS Parte C – Circuito de polarización por divisor de tensión. Puede utilizar el eje de coordenadas que se muestra en la figura E5-2 2 Figura E5-3 – Circuito de auto-polarización Figura E5-2 – Gráfico de polarización fija A-5 Considere que VGS = -1V. Parte B – Circuito de polarización automática. Anote el valor experimental medido para RD y RS. La curva de polarización inicia en el origen y se interseca la curva de transferencia en el punto de operación Q. Mida los valores experimentales y compárelos entre si. En este circuito. VGS está determinado por un divisor de voltaje y particularmente el voltaje que cae en la resistencia de source (RS). Nótese que conforme aumenta la resistencia de source (RS) la línea de polarización tiende a hacerse más horizontal. ¿Qué tanto difieren entre sí? Explique. como se indica en el circuito de la figura E5-5: 𝑅2 𝑉𝐷𝐷 𝑉𝐺 = 𝑅1 + 𝑅2 C-1 Construya el circuito de la figura E5-5. a partir de los datos obtenidos. En este circuito. IRD-Exp:___________________ Compare el valor experimental y el valor teórico de IRD. la magnitud de VGS queda definida por el producto de la corriente de drenaje ID y la resistencia de source RS. dibuje la curva de transferencia de acuerdo a la ecuación de Shockley. Figura E5-4 – Gráfico de auto-polarización B-4 Calcule y anote. Calcule IRD como VRD/RD donde RD es el valor medido. B-2 Dibuje la línea de polarización definida por: VGS= -ID*RS Puede utilizar la figura E5-4 como ayuda. Anote los valores obtenidos para: IDQ _______________VGSQ. los valores indicados en la tabla E5-1. determine el valor de IDQ a partir de la curva graficada en A-4. Muestre la manera gráfica utilizada para realizar el cálculo. ajuste VGS = -1V y mida VRD. BIBLIOGRAFÍA [1] Boylestad. entonces: VGS=VG Si VGS=0. R.Instituto Tecnológico de Costa Rica – Laboratorio de Circuitos Discretos 3 Tabla E5-2 – Voltajes por divisor de tensión Voltaje Calculado Medido % Error VGSQ VD VS VDS Parte D – Simulaciones. calcule el valor experimental de IDQ. obtenga los valores experimentales indicados en la misma tabla y calcule los porcentajes de diferencia.(IDQ=(VDD-VD)/RD) Compare contra el valor de IDQ obtenido en C-2 mediante el método gráfico.5(IDSS)? Utilice los valores teóricos calculados para el circuito. C-4 Usando los valores medidos en la tabla E5-2. "Electrónica: Teoría de Circuitos". Utilizando un simulador de circuitos. También considere que: β=IDSS/|Vpinchoff|2 Figura E5-5 – Circuito de polarización por división de tensión C-2 Usando los valores de VPinch-Odd y de IDSS calculados en la parte A dibuje la línea de polarización. Esto es. Anote y compare con los valores obtenidos en su equipo de trabajo. Comente sus resultados. D) Para el circuito de polarización por división de tensión. Para fines prácticos. & Naschelsky. ¿Cómo se refleja esto en las variaciones de VGSQ y de IDQ? Comente C) Para el circuito de auto-polarización. Utilice los valores teóricos calculados para el circuito. obtenga 2 puntos y conéctelos con una línea recta. PROBLEMAS Y EJERCICIOS A) Consiga los valores de IDSS y VPinch-off de otros 2 equipos de trabajo (pasos A-2 y A-3). . determine: IDQ:_____________________ VGSQ:_____________________ C-3 Calcule los valores teóricos indicados en la tabla E5-2. L. realice un análisis en CD para los 3 circuitos utilizados en este experimento. determine: ¿Cuál es el valor de la resistencia de source RS que hace IDQ=0. Esa intersección corresponde al punto de operación Q. Figura E5-6 – Gráfico de polarización por división de tensión La línea que une los puntos donde ID=0 y VGS=0 debe intersecar la curva de transferencia. B) Para el circuito de auto-polarización. Comente sus resultados. Ubique el punto de operación Q a partir de los resultados de las figuras E5-2 y E5-4. Para dibujar la línea. entonces: ID=VG/RS IV. un análisis donde se puedan apreciar los valores de VGSQ. Utilice como ayuda la figura E5-6.5(IDSS). ¿Qué tanto varían?. IDQ. usando: VGS=VG-IDRS Si ID=0. asuma que IDSS=8mA y VPinchOff= -4V. determine el efecto que tiene aumentar el valor de la resistencia RS en el punto de operación Q. Usando el gráfico. VS y VDS. VD. calcule el valor de la resistencia de source RS que hace IDQ=0. ¿Cómo puede esta variación afectar el diseño? Comente.