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• Juan Báez Rebollo

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ÍNDICE 1.- Estructura básica, símbolo electrónico y operación básica. 2.- Características y parámetros de los JFET ● ● ● ●

Acción del JFET que produce la curva de característica con V GS = 0 V. Control de ID al variar VGS JFET de Canal P Ejemplo

3.- Característica de transferencia universal de un JFET ● Transconductancia en directa de un JFET ● Resistencia y Capacitancia de entrada

4.- Polarización de un JFET ● Autopolarización ○ Estableciendo del punto Q de un JFET autopolarizado ○ Polarización en el punto medio ○ Análisis gráfico de un JFET autopolarizado

● Polarización con divisor de voltaje ● Polarización mediante fuente de corriente ● Problemas 5.- JFET en la REGIÓN ÓHMICA

1.- Estructura básica, símbolo electrónico y operación básica.

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Los JFET ( Junction field-effect transistor- Transistor de efecto de campo de unión) de canal N están construidos a partir de una barra de semiconductor tipo N. En una zona de la barra se realiza una difusión de impurezas tipo P originándose un CANAL, por donde circula la corriente principal. De una forma análoga se construyen los JFET de canal P

El funcionamiento de este dispositivo se basa en la modulación de la Volver al índice

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ANCHURA DEL CANAL mediante la POLARIZACIÓN INVERSA de la unión PUERTA-FUENTE Cuando VGS= 0, la anchura del canal es máxima, por lo que la corriente de drenador ID es máxima (se denomina IDSS) A medida que VGS se hace más negativa (aumentando la polarización inversa), el canal se estrecha reduciéndose la corriente de drenador, hasta anularse cuando VGS = VGS (corte)

Con VDS = constante ID = función (VGS)

Greater VGG narrows the channel (between the white areas) which increases the resistance of the channel and decreases ID.

Less VGG widens the channel (between the white areas) which decreases the resistance of the channel and increases ID.

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2.- Características y parámetros de los JFET Acción del JFET que produce la curva de característica con VGS = 0 V.

(a) VP : (pinch-off voltage- voltaje de estrangulamiento): Con VGS=0, es el valor de VDS para el cual la corriente de drenador (ID) se vuelve constante e igual a IDSS (drain to source with gate shorted). IDSS es la máxima corriente que un JFET específico es capaz de producir sin importar el circuito externo. VP es fijo y viene dada en las datasheets

(b) Breakdown - Ruptura Volver al índice

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La ruptura ocurre en el punto C cuando ID comienza a incrementarse muy rápido con cualquier incremento adicional de VDS. La ruptura puede dañar irreversiblemente el dispositivo

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Control de ID al variar VGS

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-

A medida que VGS se ajusta a valores cada vez más negativos al ajustar V GG, se produce una familia de curvas

características. ID se reduce a medida que se incrementa la magnitud de V GS a valores negativos más grandes debido al estrechamiento del canal. Con cada incremento de VGS, el JFET llega al punto de estrangulamiento (donde comienza la corriente constante) con valores de VDS menores que Vp. Así que, aunque VP es una constante, el valor mínimo de V DS al cual ID se vuelve constante varía con VGS.

(c) VGS(off) : (cutoff voltage- voltaje de corte): -

Es el valor de VGS que que hace que ID = 0. El JFET debe operar con voltajes VGS(off) < VGS ⪳ 0 Volver al índice

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-

Nota: VGS(off) = - VP .

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JFET de canal P Volver al índice

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La operación básica de un JFET de canal p es igual a la de un dispositivo de canal n excepto, porque un JFET de canal p requiere un VDD negativo y un VGS positivo

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EJEMPLO:

Para el JFET mostrado en la figura, VGS(corte)= 4 V e IDSS = 12 mA. Determine el valor mínimo de VDD requerido para situar el dispositivo en la región de operación de corriente constante cuando VGS= 0 V. Sol. VDD= 10.1 voltios

3.- Característica de transferencia universal de un JFET Volver al índice

(Curva de transconductancia) 11

Es una curva que ilustra gráficamente la relación entre V GS e ID

Ecuación de Shockley

Con esta ecuación, podemos determinar el valor de I D para cualquier VGS si VGS(corte) e IDSS se conocen. En general, estas cantidades se encuentran en la hoja de datos de un JFET dado.

Ejercicio: Buscar en la hoja de datos del JFET 2N5459 los valores de IDSS y VGS(corte) . Con estos valores, determine la corriente en el drenador para los siguientes valores de VGS: 0 V, -1 V y -4 V.

Transconductancia en directa de un JFET Volver al índice

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La transconductancia en directa (conductancia de transferencia), gm, es el cambio de la corriente en el drenaje (∆ID) correspondiente a un cambio dado el voltaje entre puerta-fuente (∆V GS) con el voltaje entre drenador-fuente constante. Su unidad es el siemens (S)

con VDS=constante

Otras designaciones comunes para este parámetro son gfs y yfs (admitancia de transferencia en directa). Este parámetro es importante en amplificadores con FET como factor importante al determinar la ganancia de voltaje El valor de gm es más grande cerca del extremo superior de la curva (cerca de V GS0) que cerca del extremo inferior (casi VGS(corte))

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EJEMPLO:

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Resistencia y Capacitancia de entrada Como se sabe, un JFET opera con su unión puerta-fuente polarizada en inversa, lo que hace que la resistencia de entrada en la puerta sea muy alta. La alta resistencia de entrada es una ventaja del JFET sobre el BJT (recuerde que un transistor de unión bipolar opera con la unión base-emisor polarizada en directa). Las hojas de datos de JFET con frecuencia especifican la resistencia de entrada dando un valor para la corriente en inversa de la compuerta, IGSS, a un cierto voltaje puerta-fuente. La resistencia de entrada se puede determinar entonces utilizando la siguiente ecuación:

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4.- Polarización de un JFET Utilizando algunos de los parámetros del JFET previamente analizados, ahora se verá como se polarizan los JFET con voltaje de cd. Al igual que con el BJT, el propósito de la polarización es seleccionar el voltaje de continua VGS apropiado para establecer un valor deseado de la corriente de drenador y, por consiguiente, un punto Q (ID, VGS) apropiado. Existen tres tipos de polarización:

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AUTOPOLARIZACIÓN El voltaje de puerta a fuente es

El voltaje de drenador a masa es :

De esta forma, el voltaje drenador- fuente es:

RG se requiere sólo para hacer que la puerta esté a 0 V y aislar una señal de ca de la tierra en aplicación de amplificador, como más adelante se verá

Ejemplo: Volver al índice

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Calcular los valores de VDS y VGS Sol. VDS= 8.9 voltios y VGS= -1.1voltios Nota: Los valores de parámetros tales como VGS(corte) e IDSS son tales que se produce una corriente en el drenaje (ID) de aproximadamente 5 mA. Otro JFET, incluso del mismo tipo, puede no producir los mismos resultados cuando se conecta en este circuito, debido a la variación de los valores de los parámetros.

Estableciendo del punto Q de un JFET autopolarizado ● El método básico para establecer el punto de polarización de un JFET es determinar I D para un valor deseado de VGS o viceversa; luego se calcula el valor requerido de R S con las siguientes relaciones.

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●

Para un valor deseado de VGS, ID se determina en una de dos maneras: (a) Con la curva de transferencia para el JFET particular

Determine el valor de RS requerido para autopolarizar un JFET de canal n con V GS=5V. Se proporciona la curva de transferencia

(b) Con la ecuación utilizando IDSS y VGS(corte) de la hoja de datos del JFET. Determine el valor de RS requerido para autopolarizar un JFET de canal n con valores tomados de la hoja de datos de IDSS = 25 mA y VGS(corte) = -15 V. VGS tiene que ser de 5 V. Volver al índice

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Polarización en el punto medio Normalmente es deseable polarizar un JFET cerca del punto medio de su curva de transferencia donde ID = IDSS/2. Se demuestra que ID es aproximadamente la mitad de IDSS cuando VGS = VGS(corte) /3.425 En condiciones de señal, la polarización en el punto medio permite que la cantidad máxima de corriente en el drenador oscile entre IDSS y 0. Volver al índice

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Para situar el voltaje de drenaje en el punto medio (V D = VDD/2), seleccione un valor de RD para producir la caída de voltaje deseada. Seleccione un RG arbitrariamente grande para evitar que se cargue la etapa de mando en una configuración de amplificadores en cascada Análisis gráfico de un JFET autopolarizado Se puede utilizar la curva característica de transferencia de un JFET y ciertos parámetros para determinar el punto Q (ID y VGS) de un circuito autopolarizado

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La curva de transferencia puede ser trazada conociendo los valores de IDSS y VGS(corte) dados en la hoja de datos.

Para determinar el punto Q del circuito se establece una recta de carga de cd de autopolarización en la gráfica de la forma descrita a continuación

Con los dos puntos, se puede trazar la recta de carga sobre la curva de transferencia . El punto donde la recta corta la curva de transferencia es el punto Q del circuito.

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POLARIZACIÓN POR DIVISIÓN DE VOLTAJE Volver al índice

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Ejemplo: Volver al índice

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Determine ID y VGS para el JFET con polarización mediante divisor de voltaje de la figura dado que para este JFET particular los valores de parámetro son tales que V D = 7 V.

POLARIZACIÓN MEDIANTE FUENTE DE CORRIENTE

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5.- JFET en la REGIÓN ÓHMICA

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Problemas polarización 1

2

3

4 Realizar hoja de cálculo para VGS= { -6,-5,-4,...,-1,0}

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Para cada uno de los circuitos de la figura determine VDS y VGS. Volver al índice

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Con la curva que aparece en la figura, determine el valor de R S requerido para una corriente en el drenador de 9.5 mA.

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Determine gráficamente el punto Q para el circuito de la figura con la curva de la característica de transferencia mostrada

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Dado que el voltaje de drenador a tierra es de 5 V, determine el punto Q del circuito

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Determine los valores del punto Q para el JFET con polarización mediante divisor de voltaje en la figura

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