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Ejercicios Resueltos de Dispositivos Electrónicos I Examen de Septiembre de 2001 - Ejercicio 41 Enunciado

 







Calcular razonada y justificadamente el punto de trabajo del circuito de la figura, justificando los resultados obtenidos. Datos: VSS 18V , RG1 390KΩ; RG2 270KΩ; RS 3 3KΩ y para el transistor M: VP 5 5V e IDss 30mA. Considerar la curva del transistor ideal.

RG 1

ID M VG S

RG 2

VR G 2

VR s

RS

VS S Figura 1: Sentidos de corrientes y tensiones para la solución

Solución Este ejercicio es similar al ejercicio 4 del examen final de septiembre de 2000, siendo diferentes los valores de las resistencias, el valor y polaridad de la fuente de alimentación y el transistor es un JFET de tipo P. La manera de solucionarlo es similar, teniendo especial cuidado con los sentidos y signos de las tensiones y corrientes en el circuito. Para resolver el problema es necesario establecer el estado del transistor, realizar las operaciones en consecuencia y comprobar que los resultados numéricos sean coherentes con la suposición. Debido a la configuración del circuito es posible que el transistor este en saturación. Dando esta suposición por válida y teniendo en cuenta los sentidos de la tensiones y corrientes de la Figura 1 podemos calcular la tensión que cae en el resistor R G2 , teniendo en cuenta que la corriente que entra por la puerta del transistor es despreciable

  18 v   7 36364V   que tiene el sentido indicado y valor negativo (como es el resultado de una operación, conservamos 5 cifras).  Sabemos que para el transistor M, que es un FET de canal P, la corriente de drenador I cumple   V  I  I 1  V  VRG2



RG2 RG1 RG2

  V   SS

270kΩ 270kΩ 390kΩ

(1)

D

GS

D

2

Dss

p

y de la malla inferior del circuito 1 Resuelto

por el Prof. Andrés A. Nogueiras Meléndez, [email protected], 2001

1

(2)



VRG2 VGS RS

ID

(3)

Esta última ecuación requiere especial atención y análisis para reemplazar el valor de la tensión puerta surtidor por su módulo. Al ser M un transistor tipo P, la tensión entre puerta y fuente aplicada debe ser cero o positiva. Por lo tanto es posible escribir la ecuación 3 como: VRG2 VGS ID (4) RS

  

  V  2   I   1  V   I   V  0 I  (5) R
V R
V   30 mA    7
364 V  2     30 mA  1  V     30 mA  V  (6) 3
3KΩ
5
5V 3
3KΩ
5
5V   27
76960  10    11
21212  10   V    991
73554  10   V  (7)   7
64122V, que no vale como resolviendo la ecuación de segundo grado, obtenemos dos posibles valores: V   solución, al ser mayor que V 5
5V , estaría el transistor en corte (que es incoherente con la suposición inicial) y  V  3pues
66434V, que es el valor correcto con las suposiciones que hemos hecho. El valor real de la tensión entre puerta y surtidor, de acuerdo con lo expuesto anteriormente es V 3
66434V. Luego el valor de la corriente de drenador de la ecuación 3 es   7
36364 V  3
66434V  I 3
342mA (8) 3
3KΩ igualando las ecuaciones 2 y 4 y operando para despejar el valor de VGS RG2

Dss

Dss

Dss 2 p

GS

S

p

S

GS

2

GS

3

3

6

gs

GS

2

gs

2

2

GS 1

p

GS 2

GS

D

y la tensión entre drenador y surtidor es VDS

  V   SS

RS ID

  18 V  3
3KΩ    3
34181 mA  6
972V

(9)

Falta por comprobar que los valores calculados son coherentes con la suposición del transistor en zona de saturación

 V    V    V     6
972    5
5    3
664   DS

p

GS

(10) (11)

y por lo tanto la suposición es correcta. Por lo tanto el punto de trabajo del transistor es: VDS

 6
972V y I  3
342mA D

Comprobaciones Si se escoge que el transistor está bien en zona ohmica o en corte se llegan a resultados incoherentes. Comenzemos por el transistor en zona ohmica. Su resistor equivalente entre drenador y surtidor es rDS

V 

I  p

Dss




5 5V 30mA




183 33333Ω

la corriente que atraviesa el transistor y el resistor de surtidor es

 V r R SS

ID

DS




S

 18V  5
16746mA 183
33333Ω 3
3KΩ

como la corriente por la puerta del transistor sigue siendo despreciable, el valor de la caida de tensión en el resistor R G2 es VRG2 7 36364V, consecuentemente la caida de tensión entre puerta y surtidor es VGS

VRG2



ID RS

  7
36364 V   5
16746 mA  3
3KΩ 9
68898V

este valor implicaría que el transistor está en corte y no en zona ohmica. Por lo tanto la suposición es incorrecta. Si suponemos que el transistor está en zona de corte, no circula corriente por el transistor ni por la resistencia R S , y la tensión VGS 7 36364V, que al ser negativa está fuera de las condiciones de funcionamiento del JFET.




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