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UNIVERSIDAD DE SUCRE. PROGRAMA DE TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Amplificadores con JFET en fuente común y drenaje común. Álvarez Jorge – Arias Félix – González Manuel Resumen. En el siguiente informe se observa el estudio de los parámetros de amplificación con un JFET en fuente común y drenaje común. También se estudia el funcionamiento de un amplificador en cascodo con un BJT (2N2222). Los datos obtenidos experimentalmente se compararon con los obtenidos en la teoría. Palabras claves: Amplificador.

Fuente

–

Drenaje

–

OBJETIVO Diseñar, verificar el funcionamiento y medir los parámetros de amplificadores con JFET en fuente común y drenaje común. INTRODUCCIÓN En los transistores bipolares, una pequeña corriente de entrada (corriente de base) controla la corriente de salida (corriente de colector); en los casos de los FET, es un pequeño voltaje de entrada que controla la corriente de salida. La corriente que circula en la entrada es generalmente despreciable (menos de un pico amperio). Esto es una gran ventaja, cuando la señal proviene de un dispositivo tal como un micrófono de condensador o un transductor piezo eléctrico, los cuales proporcionan corrientes insignificantes. [1].

MARCO TEÓRICO Amplificador con JFET en fuente común. Un amplificador en fuente común basado en JFET es aquel en el que se aplica una señal de entrada de ca a la compuerta y la señal de salida de ca se toma del drenaje. La terminal fuente es común tanto para la señal de entrada como para la señal de salida. Un amplificador en fuente común no tiene ningún resistor en la fuente o tiene uno puenteado, de tal forma que la fuente queda conectada a la tierra de ca. El voltaje de la señal de entrada hace que el voltaje de compuerta a fuente excursiona por encima y por debajo de su valor de punto Q (VGSQ), lo que provoca una excursión correspondiente de la corriente del drenaje. Conforme esta corriente se incrementa, la caída de voltaje a través de RD también lo hace, lo que hace que el voltaje en el drenaje se reduzca. La corriente en el drenaje excursiona por encima y por debajo de su valor de punto Q en fase con el voltaje de compuerta a fuente. El voltaje de drenaje a fuente excursiona por encima y por debajo del punto Q (VDSQ) y se desfasa 180° con respecto al voltaje entre la compuerta y la fuente. En la figura 1 se muestra el diagrama esquemático de un amplificador en fuente común.

Cuando se utiliza en aplicaciones de amplificador, el FET ofrece una importante ventaja comparado con el BJT debido a la impedancia de entrada extremadamente alta del FET. Las desventajas, sin embargo, incluyen una alta distorsión y una baja ganancia. La aplicación particular normalmente determinará qué tipo de transistor es el más adecuado. Figura 1. Diagrama esquemático.

Amplificador en drenaje común. El amplificador en drenaje común (CD) es similar al amplificador de BJT en colector común. Recuerde que el amplificador en colector común se llama seguidor-emisor. Asimismo, el amplificador de drenaje común se llama seguidor de fuente, porque el voltaje en ésta es aproximadamente de la misma amplitud que el voltaje de (compuerta) entrada y está en fase con ella. En otras palabras, el voltaje de la fuente sigue al voltaje de entrada en la compuerta. Un amplificador con JFET en drenaje común es uno en el cual la señal de entrada se aplica a la compuerta y la salida se toma de la fuente, lo que hace al drenaje común a ambas. Debido a que es común, no se requiere un resistor en el drenaje. En la figura 9-18 se muestra un amplificador con JFET en drenaje común. Un amplificador en drenaje común también se conoce como seguidor de fuente. En este circuito particular se utiliza autopolarización. La señal de entrada se aplica a la compuerta mediante un capacitor de acoplamiento, C1, y la señal de salida se acopla al resistor de carga mediante C2. En la figura 2 se observa el circuito esquemático de un amplificador JFET en drenaje común. [2]

Se utilizó el generador de señales para obtener una señal sinodal de 1KHz y 0,1Vrms. Se observó en el osciloscopio la señal de entrada y de salida del amplificador cuando tenía carga (RL = 2.2kΩ) y sin carga, estás graficas se observan en la figura 3 y figura 4, respectivamente.

Figura 2. Amplificador drenaje común.

Figura 4. Señal de entrada y salida (sin carga) Vin = 100mVrms Vout =426mVrms

DESARROLLO METODOLÓGICO Con el fin de lograr el objetivo propuesto, se diseñó un circuito amplificador basado en JFET (K30a) en fuente común; (véase el circuito de la figura 1.) las resistencias obtenidas se describen en la tabla 1, así mismo el valor de los condensadores, los cuales se describían en la guía de laboratorio. TABLA1. RESISTENCIAS Y CODENSADORES COMPONENTE VALOR RD 2KΩ RG 1MΩ RS 220Ω RL 2.2KΩ C1 4,7uF C2 4,7uF CS 47uF

Figura 3. Señal de entrada y salida (con carga) Vin = 100mVrms Vout = 226mVrms

Posteriormente se diseñó una etapa de amplificador con JFET (K30a) en drenaje común, (véase el circuito de la figura 2.) las resistencias obtenidas para este circuito se describen en la tabla 2, asi mismo el valor de los condensadores. TABLA 2. RESISTENCIAS CONDENSADORS (DRENAJE COMÚN) COMPONENTE VALOR RG 1MΩ RS 220Ω C1 47uF C2 47uF

Y

Las gráficas obtenidas de la señal de entrada y salida del amplificador cuando este trabaja sin carga y con carga se muestran en la figura 5 y 6 respectivamente.

Figura 8. Señal de entrada y salida amplificador cascodo con bjt y jfet en fuente común. Figura 5. Señal de entrada y salida, drenaje común (con carga)

Figura 6. Señal de entrada y salida, drenaje común (sin carga) Finalmente se analizó e implementó el circuito de la figura 7, (etapa de amplificador con BJT), se analizó cuando se le conectó en la etapa previa el amplificador diseñado con JFET en fuente común y en drenaje común.

Figura 9. Señal de entrada y salida amplificador cascodo con bjt y y jfet en drenaje común. RESULTADOS Después de haber realizado el análisis correspondiente para cada etapa de amplificador, se obtuvo lo siguiente: Para el amplificador en fuente común: Vsal (sin carga) = 456mV Av = 0,70 Datos obtenidos de las mediciones: Vsal (sin carga) = 426mV Vsal (con carga) = 226mV Para el amplificador en drenaje común: Vsal = 228mV Av = 0,21

Figura 7. Etapa de amplificador con BJT Las gráficas de la señal obtenida a la entrada y salida del circuito se observan en las figuras 8 y 9.

Datos obtenidos en las mediciones: Vsal (sin carga) = 22.5 mV Vsal (con carga) = 19,0 mV

Ganancia obtenida para el amplificador con BJT. Av: 44. Voltajes de salida obtenidos en cascodo. Vsal con Jfet en fuente común: 1,08V Vsal con jfet en drenaje común: 263mV ANÁLISIS DE RESULTADOS Según los resultados obtenidos con el osciloscopio, se observa que el amplificador con jfet en fuente común tiene una alta ganancia, ya que la señal de entrada es de 100mV, mientras que el de salida es de 426mV sin carga y 226mV con carga, lo que indica que en comparación con la ganancia obtenida teóricamente, esta es mucho más alta. Por otro lado, se puede ver que el amplificador en drenaje común amplifica mucho menos que en fuente común, (228mV sin carga) pero según la teoría no debería tener una ganancia de 1, ya que es seguidor de fuente. Observando las gráficas de salida y de entrada de señal cuando se utiliza una etapa de amplificador con jfet en serie con una etapa realizada con jfet, se evidencia que la señal de salida está mucho más amplificada que cuando trabajan independiente. Cuando se le conecta el amplificador con jfet en drenaje común al amplificador con bjet, se observa que la señal de salida está desfasada con respecto a la señal de entrada y por este motivo la señal de salida es menor a la señal de salida cuando tiene un amplificador en fuente común que no invierte la señal, en ambos casos, se observa que este tipo de amplificador tiene una alta ganancia. Para ambos casos el voltaje de entrada a la primera etapa es de 100mVrms, en el primer caso (con jfet en fuente común) se obtiene un voltaje de salida de 1.08Vrms, lo cual muestra la alta ganancia de este circuito. El segundo caso (con jfet drenaje común) muestra una salida de 263mVrms, lo cual representa más del doble de la señal de entrada. CONCLUSIÓN De lo anterior se puede concluir que el amplificador con JFET en fuente común, amplifica mucho más que en drenaje común, puesto que el amplificador en drenaje común se seguidor de fuente, lo que quiere decir que su ganancia es pequeña, cada amplificador es usado en distintos campos, gracias a su alta impedancia de entrada son muy utilizados en las telecomunicaciones y tratamiento de señal ya que pueden reducir significativamente el ruido. Cuando se utilizan dos amplificadores en cascada se observa que los resultados de amplificación son mucho mayores, ya que combina lo mejor de dos amplificadores para lograr un óptimo rendimiento

en cuanto a frecuencia, ganancia e impedancia de entrada. BIBLIOGRAFÍA [1]http://www.viasatelital.com/proyectos_electron icos/jfet_aplicaciones.htm [2] Robert L Boylestad (1992) Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, sexta edición, paginas 114-215.