Practica # 9

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...

EXperimento de laboratorio

15

Amplificador de voltaje con JFET

+

{

~ I ~

Qbjed¥o6 A. Mcdir 106voltajes de opemc:ionde cd de un ..,lifiCador de voltaje tipico con JFET. .. De-A~ cOmo funciona un amplificador tipIco de voltaje con JFET y determinar Ia r-"";' de voltaje. ' C. Medk Ia relatiOn de fuel -..e 101 voltajes de COIDp8Crta,fuente y cbeuje de un ampIiIC8IIor de voltaje con JOT autopolari-, ado.

to ante variaciones de .parametrol en transistotes del mismo tipo. S. Un capacitor de paso de la resistenciadefuenaumenta la ganancia de voltaje de seiial. 4. La ganancia de voltaje es primordialmente funcion de la transconductancia (0 conductancia mutua) del transistor Cr..) y de la impedancia de la carga.

r J I

i

'

5. Los amplificadores de fuente comUn lnvierten la seiial de entrada. Informacion preliminar

Co8ccptos bUicOi

I

1. Se utilizan dol metodol para polarizar 101 UDplificadorea con J FET: polarizacion por

fuente (propia) y polarizacion por compuer.

ta (flja).

'

2. Lo. amplificadon:acon JFET Ie deben polarizar correctamente para estabilizar eI circui-

Los JFETs Ie pueden utilizar en configuraciones de circuito basico semejantes a los transistores bipolares, es decir, fuente eomUn, eompuerta comUn y drenaje comun. Sin embargo, suocaracteristica inherente de ser operados por voltaje y de tener alta impedancia de entrada haee necesario

~

f

f

A".plificador de voltaje con JFET

considerar determinados factores de disefto en forma bastante distinta. Entre los factores mas importantes esta la polarizacion.

f+ Ifoo .>

COltOdel circuito, y (2) determinadas caracteristicu del JFET pueden variar,en un rango de has.

80

ilL

...r

Para operar un J FET como amplificador lineal de fuente comim se debe de elegir el valor de la polarizacion inversa de compuerta-fuente tal que la union del diodo no se polarice directamentc por la seftal aplicada. Si el circuito de entrada esta diseftado en fonna inapropiada, la compuerta puede polarizarse directamente, 10 que haee que fluya coniente de compuerta. AI suceder, se pierde la caracteristica de elevada impedancia de entrada, 10 que generalmente produce intensa distorsiori\ en la seii!al de salida. Para las cargas resistivas se escoge un valor de polarizacion de compuerta tal, que produzca una corriente d~ drenaje que haga que la mitad del voltaje de fuente caiga a traves de 1a resistencia de carga. Entonces, bajo la seftal aplicada el voltaje de entrada no polariza directamente la union de compuertafuente, 10 que da buena amplificacion simetrica en la seftal de salida. La figura 6-1 muestra dos metodos tipicos para polarizar el amplificador de fuente comUn con JFET de canal N. En (a) de la figura 6-1 1)eaplica una polarizacion VQS entre la c,ompuerta y fuente a traves de la resiatencia de compuerta RQ. Ya que Ie requiere una coniente de polarizacion muy pequeiia, generalmente RQ es una resistencia de alto valor y Ie retiene la caracteristica de alta im. pedancia de entrada. Confonne la seftal de entrada pua a tra\'es ,de IUS alternaciones positivas y negativas, el capacitor de acoplamiento Cc se carga y descarga, funcionando en forma alterna a la compuerta arriba y abajo del valor VGs. Esto varia la region desierta en el canal, 10 que hace que la corriente de drenaje aumente y disminuya en fonna alterna. La caida a traves del JFET varia en fonna acorde, produciendo con eUo una ver. sion amplificada de la seftal de entrada en la salida entre el drenaje y la fuente. La senal de salida esta invertida, 0 sea desfasada 180 grados, con respeeto a la lenal de entrada. Elmetodo de polari. zaci6n de voltaje fljo tiene dOl desventajas: (1) una fuente separada de polarizacion aumenta el

rVoo

II

-

...

bl PoI.izacion

.l PoIerizacionfija

de fuente

Figura 6"/

ta ocho a uno para dispositivos del mismo tipo. Esta Ultima desventaja ligni~a que es necesario ajustar la polarizacion para el mejor rendim~ento en los distintos transistores. Se .pueden superar las desventajas de la polarizacion fija utilizando el arreglo de polarizacion de b) de la figura 6-1. Se coloca una resistencia Rs en serie con la fuente. Debido a que e1 JFET es un dispositivo normalmente "encendido", el flujo de corrientea traves de Rs produce una caida de voltaje positiva en la fuente. La compuerta esta

a dena a traves de Rc " por 10 que con respecto a la fuente; la compuerta es negativa. Esta caida de voltaj~ queda detenninada por el valor de operaci6n del fiujo de corriente a traves de Rs, estableciendo con eUo el punto de polarizacion. Bajo la in; fluencia de una seiia! aplicada, las alternativas positivas y negativas .del voltaje de entrada provocan varlaciones semejantes en el flujo de la coniente a travCs del JFET alrededor del valor operacioh. A este metodo- de polarizacion se Ie conoce. com~ polarizadon de fuente 0 autopolarizacion 0 polarizacibn propia, y elimina la necesidad de una fuente .eparada de polarizacion. Tambien es autoestabilizante, si se remplaza al J FET por ott:o del mismo tipo que tenga caracteristicas notablemente diaUntas de corriente de saturacion de drenaje (ID,U). Por ejemplo, si sereemplazara alJFET original por otro que tendiera a tener un flujo de comente mucho ma) or, el aumento t:n el flujo de .

I

.

comente provocar{a una mayor caida de voltaje a trava de Rs. El aumento en polarizacion produce una diaminucion en la corriente de drenaje, 10 que estabiliza el funcionamiento del circuito. Una desventaja de la autopolarizacion es que produce retroa1imentacion degenerativa si no .e pua a Rs

'\1

Ampll/b-r. vol-

para corriente altema, reducU la ganancia, aumenta la respuesta nectando un capacitor puede reducir bastante nerativa de cd.

Cl, C3 C2

10 que tiene el efecto de aunque al mismo tiempo global de frecuenciaS. Code paso a traVes de Rsse la retroalimentacion dege-

La ganancia de voltaje ~n los amplificadores de JFET sin retroalimentacion es funcion. de la resistencia RL de carga y la transconductancia (gm) del transistor:

CtJllJFET

,1 I

- O.022p.F,Mylar - 25p.F, electrolitico

Ql Rl R2 :R3 Tablero universal K, para

-

J

i

] FET, canal N

-lMll,lW - 4.7kll, lJf - lkll. lW experim~ntos

Prf)Cedimiento Objetivo A. Medir los voltajes de operacion de cd de un amplificador de voltaje tipico con JFET.

I,

t

\

Av

= 8m X R L

0 1. a) Conecte el circuito como se muestra en 'la figura 6-2.' Todavia no conecte el capacitor de La transconductancia 0 conductancia mutua es la pa.'IOC2. relacion de un cambio en la corriente I D de dre- 0 b) Ajuste ei voltaje VDD de drenaje de la naje a un cambio en el voltaje VG de compuerta fuente a 20V cd. para un valor dado de voltaje VDs de drenaje-/ fuente, y se expresa como sigue: 0 c) Ajuste el YOM al rango de 15Vcd y mida VD, el voltaje de drenaje a tierra. Transconductancia

= AID/!JJ.VG (VDs

(gm) VD constante) "1

La transconductancia se expresa en mhos.

Las aplicaciones de los amplificadores de voltaje de JFET son practicamente iHmitadas. Debido a que los JFETs son dispositivos semiconductores pero que fun{:ionan por voltaje y tienen alta impedancia .de entrada, son compatibles tanto con circuitos de tubo al vacio como de transistores. Los jFETs tambien son dispositivos de bajoruido. Dos amplificaciones tipicas del JFET son como preamplificador para un microfono de alta impedancia y como amplift"cador de bajo ruido.

=.. . ..

=....

0 e) Mida VGs, el voltaje de polarizacion de compuerta a fuent~. Voo.2CIV'c:d

+

R2 ".7K C1 o.ou..,

0

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Lecturas complementarias

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113

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+.l. C2

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J;ig.6-2

Para mayor informacion sobre este tema, consulte la bibliograHa al final de este manual.

Ves =. .. . . VCD

Equipo y materiales 0-20Vcd, 20mA Fuerite de energia YOM electronico Generador de AF Osciloscopio Sistema de capacitacion en electronica

0

'f) 1ndique si la compuerta es negativa con

respecto,ala fuente. Objetivo B. Mostrar como funciona un amplifica. dor tipico de voltaje con'JFET, y determinar au pnancia de voltaje. 81

'"

\\tl,.. ,. ,. ~..,

Vcd

0 d) Ajuste el YOM en el rango de 5Vcd y mida Vs, la caida a traves de la resistencia de fuente R3. Vs Vcd

111 1M

,

11

"

".

,

,

\!

I

I A.mpll/ktldo,. de I10ltflje con JFET

I I

0

2. a)

Ajuste el generador

de AF para una sali-

da de onda senoidal a una frecuencia de 1000Hz. 0 b) Use el osciloscopio para fijar la salida del generador de AF en un nivel de senal de 0.3 volts pico a pico. 0 c) Conecte la salida del generador de AF a la entrada del amplificador de JFET. Asegfuese de que la punta a tierra del generador este conectada a la tierra en el amplificador. 0 d) Usando el osciloscopio con la punta XIO, mida el voltaje e, ,en la compuerta del amplificador y verifique que es una onda senoidal de 0.3 volts pico a pico. 0 e) Mida la senal de salida de pico a pico en e1 drenaje de amplificador utilizando el osciloscopio.

0 e) Suponga una trasconductancia de 2800 micromhos y calcule la gammcia de voltaje del amplificador. AsegUrese de cambiar lo~ micromhos a mhos antes de hacer su ccilculo. Av

=gm XRL

Av

=

,

""'"''''''''''''''''''''''''''''

.

0 /) Compare 105 valores que calculo y midie de la ganancia de voltaje con paso de resistencia de fuente. lConcuerdan? 0 g) lQue haria una mayor resistencia de carga a la ganancia de voltaje? .

"""""''''''''''''''''

,

eo:=. . .. V'p.p 0 /) Indique si la senal de salida es una verdadera version amplificada de la senal de entrada. 0 g) Calcule la ganancia de voltaje utilizando 101 niveles e, y eo de senales de entrada y salida. j

""""'"

Av

= eo/e,

Av

=

''''''''''''''''''''''''''

....

Usando Los.valores de e, y eo dados antes, debe calcular "'1CZ ganancia de voltaje de 3.67.

q h) lQue haria un transistor con mayor transconductancia a 13:ganancia de voltaje? . ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

.........................

0 i) Compare los valores de la ganancia con y sin paso deresistencia de la fuente. Indique si la ganancia es mayor con el capacitor de paso co. nectado que sin el. lConfirma esto 10s resultados de 105 experimentos anteriores utilizando el paso de resistencia de emi. sor en 105circuitos de transistores y bipolares?

0 3. a) Conecte el capacitor C2 de paso de 251lF I.

a traves de la resistencia R3 de fuente. El extre. mo negativo del capacitor de paso debe estar a tierra. 0 b) Mida el voltaje e, en la compuerta del amp1.ificador y verifique que es una onda senoidal de 0.3 volts pica a pico. 0 c) Mida eo en el drenaje del amplificador y registre la senal de salida de pico a pico. eo

= . '"..

V p.p

0 d) Calcule la ganancia de voltaje utilizando III senales de entrada y salida. .

Av

= eo/e,

..... Av =

.eo

......

Objetivo C. Medir la relacion de fases entre 101 voltajes de compuerta, fuente y drenaje de un ~pli&cador de voltaje con JFET autopolarizado. ,

0 4. G) Quite e1 capacitor C2 de paso de resistencia de fuente de su circuito amplificador. O. b) Calibre el amplificador horizontal del 05ciIoscopio para deflexion de O.25V/cm. Ajuste el control de TIEMPO BARRIDO/MC a EXT. Conecte la punta amplificadora horizontal a las terminales SINe EXT/HOR y TIERRA. Ponga en co~o entre si las puntas de la senal de prueba y tierra y centre el punto en la pantalla. Separe las puntas y aplique la onda cuadrada calibrada de 0.5 volts pica a pico del osciloscopio a la entrada horizontal. Ajuste el VARIABLE/GANANC HOR para deflexion de 2cm (0.25V/cm). Quite la se-

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'"

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I I

-<

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, ..",pliliCtldor

ftal de entrada de calibracion del amplificador horizontal. 0 c) Ajuste el amplificador vertical 4el osciloscopio para de flexion de 0..01Vfcm. Use la p!-1nta multiplicadora 'XI0' Y conecte la entrada vertical del osciloscopio a la compuerta del amplificador de J FET. Reajuste, de ser n~cesario, la salida del generador de AF para una entrada d~ 0.3 volts al amplificador. 0 d) Conecte el capacitor de acoplamiento de 0.221lF C3 en serie con la.punta de la seftal de la entrada horizontal del osciloscopio. Use la otra punta del capacitor como punta de pruebaen los siguientes pasos. Esto proporciona als1amiento entre la entrada horizontal y el circuito que .se esta probando. 0 e) Conecte el capacitor de acoplamiento de entrada horizontal a la compuerta del amplificador. Registre el trazo de la pantalla en a) de la figura 6-3.

de volta/e COliJFET.

+++ .1 Referencia

bl Compuerta a drenaie cl Compuerta. fuen.

Fig. 6-3

Re~umen

En este experimento de laboratorio estl1dio el amplificador de voltaje con J FET de fuente comUn, poliuizado en la fuente. Primero midio los voltajes de opeI1acionpe cd, encontrando que en un amplificador de voltaje de J FET polarizado para operacion lineal el vohaje de drenaje ~s de aproximadamente la mitad del voltaje de fuente de dre0 f) Mueva el capacitor de acoplamiento de naj e. Tambiewdetermino que la polariz3;cion de la fuente tiene el mismo efecto que la polari~acion entrada horizontal al drenaje del amplificador. de la compuerta. Luego midio el voltaje de entraRegistre el trazo de la pantalla en b) de'la figura 6-3. da y de salida bajo la sefial aplicada y calculo la 0 g) lCucU es la relacion de fases entre la ganancia de voltaje del amplificador. Verifico que es posible aumentar bastante la ganancia coneccompuerta y el drenaje del amplific~dor? tando un capacitor de paso a traves de la resisten"" . . . ... . ... . '" .. . . . .. . ... .. . .... . .. . . . ... .. . .. .. ... .... cia de polarizacion dt fuen te para eli~inar la re0 h) Mueva el capacitor de acoplamiento de troalimentacion degenerativa. Calculo la gananda entrada horizontal a la fuente del amplificador. utilizando un valor t{pico de tr'!-l1sconductancia Registre el trazo de la pantalla en c) de la figura del J FET Y el valor real de la resistencia d~ carga, 6-3. y luego relaciono 105valores teoricos con los vale0 i) lCucil es la relacion de fase entre 105 vol- res reales de la ganancia. Finalmente midio 'la'relacion de fase entre los c voltajes de compuerta, tajes de co)mpuerta y fuente? drenaje y fuente. Encontro que el voltaje de dre.\.. --- ---- -. -.. -.. -- --- -. ---.. -. -.. --- -- -. -. ---naje esta desfasado 1880 grados con el voltaje de , 0 j) Ajuste todas l~ fuentes de voltaje a entrada, y que 105voltajes de fuente y compuerta. estan en fase. \ . cero. (

.

\ I

./ 83

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