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Eletrônica II Transistores de Efeito de Campo 1 Introdução Os transistores bipolares são dispositivos controlados por corrente, isto é, a corrente de saída é controlada pela corrente de entrada. No caso do FET (Field-Effect Transistor ou Transistor de Efeito de Campo) a corrente é controlada pela tensão ou pelo campo elétrico. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 2 Vantagens do FET em relação ao transistor bipolar: altíssima impedância de entrada e uma corrente de fuga bastante baixa; dispositivo de baixo ruído; não possui distorção de crossover; maior estabilidade térmica; geometricamente, o JFET é menor quando comparado com o transistor BJT. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 3 Aspectos Construtivos do JFET O JFET é um dispositivo unipolar (o que significa apenas um tipo de portador, elétron ou lacuna, é responsável pela corrente controlada). Fisicamente, podem ser encontrados dois tipos de JFET: JFET-Canal N e JFET Canal-P. Simbologia: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 4 Terminais: Fonte (source): é a fonte dos portadores majoritários Dreno (drain): a corrente dos portadores majoritários flui a partir da fonte para o dreno. Porta (gate): faz o controle da passagem dos elétrons. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 5 Fonte: BOYLESTAD R. L., NASHELSKY L., Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, 11. ed., São Paulo, Pearson Education do Brasil, 2013. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 6 FET vGS = 0, vDS > 0 Fluxo de elétrons induzidos por vDS sentido real da corrente Alteração forçada da zona de depleção n p p 7 FET vGS = 0, vDS > 0 Aumentando vDS, aumenta-se a zona de depleção. n p p iD 8 Construção do JFET A figura acima mostra um JFET de canal N. O aspecto construtivo mostrado na figura é utilizado apenas para fins didáticos. Na prática, é extremamente complicado o processo de dopagem nos dois lados do substrato. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 9 Funcionamento do JFET http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet.html gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 10 Funcionamento do JFET O objetivo é controlar a corrente iD que circula entre a fonte e o dreno. Isto pode ser feito aplicando-se uma tensão na porta. Com o potencial de porta igual a zero (VG=0 ou VGS=0), aplicando-se uma tensão entre o dreno e a fonte (VD ou VDS), surge uma corrente iD, como indica a figura. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 11 Funcionamento A dopagem da região da porta é muito maior do que a do canal, desta forma a região de depleção (região de carga espacial) será muito maior do lado do canal. Parâmetros encontrados: IDSS - corrente máxima que o JFET pode produzir, na qual ocorre o estrangulamento do canal quando VGS=0. VPO – tensão máxima de saturação ou de estrangulamento (pinch-off). VP ou VGS(off)– tensão na qual ocorre o corte do dispositivo. BVDSS – tensão de ruptura do dispositivo para VGS = 0. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 12 Consideremos inicialmente VDS=0 e apliquemos uma tensão VGS com a polaridade indicada na figura e que polariza reversamente a junção PN. Inicialmente o canal estará todo aberto e entre e dreno e fonte existirá um canal com uma determinada resistência. Como a tensão aplicada na resistência é zero a corrente resultante será zero (ID=0). gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 13 Funcionamento Se a tensão de porta for aumentada, aumenta a polarização reversa o que faz a região de carga espacial avançar mais no canal até fechá-lo totalmente. A tensão de porta que provoca o fechamento total do canal é chamada de tensão de pinçamento (pinch-off em inglês), VPO, sendo uma quantidade negativa no caso de canal N e positiva para o canal P. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 14 Funcionamento Agora consideremos VGS=0 e apliquemos uma tensão entre dreno e fonte com a polaridade indicada na figura . O que acontece com a corrente quando VDS varia? Inicialmente com o VDS pequeno o canal praticamente não se altera e dentro de certos limites o dispositivo se comporta como uma resistência. À medida que VDS aumenta, a corrente de dreno aumenta provocando uma queda de tensão ao longo do canal que faz com que o estreitamento não seja uniforme. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 15 Funcionamento Na figura a corrente de dreno provoca entre o ponto A e a fonte uma tensão VA e entre o ponto B e a fonte uma tensão VB estando claro que VA>VB. Estas tensões são aplicadas na junção de forma reversa e no ponto onde a tensão reversa é maior a região de carga espacial avança mais no canal,isto é, o estreitamento é maior próximo do dreno. IDSS = corrente de curto circuito entre dreno e fonte ou drain-source shorted current e corresponde à corrente máxima de dreno que o JFET pode produzir. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 16 O estreitamento é máximo quando a tensão de dreno for igual à tensão de pinçamento em modulo. Se a tensão de dreno aumentar mais ainda, as regiões de carga espacial não se tocam, ao invés disso o estreitamento aumenta ao longo do canal, conforme figura, e a corrente de dreno se mantém aproximadamente constante em IDSS, isto é, o dispositivo passa a se comportar como uma fonte de corrente constante. Na pratica existe um pequeno aumento em ID quando VDS aumenta além de VP ou VGS(off). gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 17 Se a tensão de dreno aumentar mais ainda, eventualmente será atingida uma tensão que provocará a ruptura da junção, destruindo o dispositivo. Esta tensão é designada por BVDSS Aumento da Camada de Depleção e Estreitamento do Canal A partir de certo valor de VDS ocorre o estrangulamento do canal (estreitamento máximo), fazendo com que a corrente iD permaneça praticamente constante. Essa tensão é chamada de tensão de estrangulamento ou pinch off (VPO) e corresponde à tensão máxima de saturação do JFET. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 18 A corrente de dreno para VGS=0, no seu ponto máximo, é denominada corrente de curto circuito entre dreno e fonte ou drain-source shorted current (IDSS) e corresponde à corrente máxima de dreno que o JFET pode produzir. Mostramos abaixo a curva característica de dreno. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 19 Curvas de Dreno Com uma pequena tensão entre dreno e fonte VDS, a região N funciona como uma resistência e a corrente iD aumenta linearmente conforme VDS aumenta. Conforme VDS aumenta, aparece uma tensão entre a fonte e a região de porta (VGS), polarizando reversamente essa junção. Isso faz com que a camada de depleção aumente, estreitando o canal, o que aumenta a resistência na região N, fazendo com que diminua a taxa de crescimento de iD. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 20 Aplicando-se entre porta e fonte uma tensão de polarização reversa (VGS1<0), haverá um aumento na camada de depleção, fazendo com que o estrangulamento do canal ocorra para valores menores de VDS e ID. O mesmo ocorre para outros valores negativos de VGS. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 21 Para cada valor de VGS, obtém-se uma curva característica de dreno, até que ele atinja a tensão de corte = VP ou VGS(off), na qual iD é praticamente zero. Para qualquer FET a tensão de corte VP é igual, em módulo, à tensão de estrangulamento do canal (VPO). VP ou VGS(off) = VPO A corrente através da porta (iG) é muito pequena e desprezível, garantindo uma altíssima impedância de entrada (ZE). Essa resistência pode ser calculada através da tensão máxima VGS que causa o corte do JFET (com VDS=0) e da corrente de porta de corte IGSS (gate-source shorted current). ZE = VGS(VDS=0) IGSS gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 22 Exemplo: No JFET BF245, para –VGS = 20V, com VDS = 0, tem-se IGSS = 5nA. Calcule ZE. Relembrando: ZE = -VGS(VDS=0) IGSS ZE = 20 / 5x10-9 = 4GΩ gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 23 Até aqui 2V 11/07/2016. 23 Há uma grande semelhança entre as curvas do JFET e a curva característica de saída do transistor bipolar, tendo, inclusive, as mesmas regiões: corte, saturação, ativa e de ruptura. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 24 Parâmetros encontrados: IDSS - corrente máxima que o JFET pode produzir, na qual ocorre o estrangulamento do canal quando VGS=0. VPO – tensão máxima de saturação ou de estrangulamento (pinch-off). VP ou VGS(off) – tensão na qual ocorre o corte do dispositivo. BVDSS – tensão de ruptura do dispositivo para VGS = 0. Exemplo de Curvas de Dreno Se a tensão de porta foi fixada em VGS=0V, e a tensão de dreno for variada, o gráfico da corrente de dreno em função da tensão de dreno é obtido, IDxVDS, tendo VGS como parâmetro. A figura mostra o circuito para obter as curvas características de dreno. O gráfico no próximo slide mostra a curva de dreno do JFET quando VGS=0 e a tensão de dreno varia, para um JFET (2N4393) canal N com VP ou VGS(off)= - 2,81V. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 25 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 26 Se a tensão de dreno aumentar mais ainda, eventualmente será atingida uma tensão, BVDSS para a qual a junção PN sofrerá ruptura. Inicialmente com VDS=0 a corrente de dreno ID também é zero. Com VDS aumentando e inicialmente bem menor do que VP ou VGS(off) o comportamento é de uma resistência, isto é, se a tensão de dreno dobrar de valor a corrente de dreno também dobra de valor. Dizemos que a região de operação é chamada de região ôhmica ou saturação (o JFET se comporta como uma resistência controlada por VGS). À medida que a tensão de dreno se aproxima da tensão de pinçamento (VPO) e o canal se aproxima do estreitamento máximo, a curva começa a se inclinar (resistência do dreno aumenta). A corrente de dreno para VDS=VPO é denominada de IDSS, corrente na saturação. Se a tensão de dreno aumentar além desse valor a variação da corrente de dreno fica constante em IDSS. Por exemplo para o transistor 2N4393 IDSS=35mA. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 27 Exemplo de Curvas de Dreno gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 28 Se agora for aplicada uma tensão, de porta de digamos VGS = -1V, e o procedimento é repetido, isto é, a tensão de dreno é variada a partir de zero, será obtida uma curva semelhante à anterior porém com um valor de corrente na saturação menor que IDSS. O valor de VDS que provocará o pinçamento será menor, neste caso aproximadamente 1,8V. De uma forma geral o valor de VDS que provoca o pinçamento é dado por: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 29 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 30 O conjunto de curvas para os diferentes valores de VGS é chamado de curvas características de dreno. 30 Curva de Transferência ou de Transcondutância A curva de transferência ou de transcondutância mostra como iD varia em função da tensão VGS aplicada à porta, conforme mostra a curva. Esta curva é obtida para o maior valor de VDS indicado na curva de dreno. Esta curva é um trecho de parábola que tem como equação: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br Analogia entre JFET e TBJ Até aqui 2M 08/11/2017. 31 Alguns fabricantes não fornecem a curva de transferência. Com a equação anterior é possível obtê-la, esta equação é válida para qualquer JFET. O JFET possui tolerâncias muito elevadas. Por isso os manuais fornecem as curvas típicas ou médias de dreno e transferência, ou os valores máximos e mínimos para o par IDSS e VP ou VGS(off). Isso resultaria em duas parábolas, sendo uma para valores máximos e outra para valores mínimos. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 32 Exemplo de Curva Característica 33 Com os dados mínimos e máximos de IDSS e VP ou VGS(off) e através da equação da curva de transferência, as duas parábolas podem ser traçadas, como mostradas a seguir: Pontos da parábola mínima: Para VGS = -0,3V ID = 0,32mA Para VGS = -0,1V ID = 1,28mA Pontos da parábola máxima: Para VGS = -6V ID = 0,41mA Para VGS = -3V ID = 2,54mA Para VGS= -1V ID = 5mA gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 34 1,28 Até aqui 2N 06/11/2017. 34 As curvas características de transferência relacionam a saída, corrente de dreno (ID), com a entrada, tensão de porta (VGS). Essas curvas são obtidas para um valor de VDS, por exemplo VDS=5V. O gráfico de IDxVGS é chamado de curva característica de transferência, pois transfere os valores de entrada para a saída. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 35 Curva característica de Dreno Curva Característica De Transferência gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 36 O gráfico de IDxVGS é chamado de curva característica de transferência, pois transfere os valores de entrada para a saída. A equação que relaciona corrente de dreno com tensão de porta é dada aproximadamente por: onde IDSS é a corrente de dreno na saturação para VGS=0 e VP a tensão de pinçamento. Exemplo: Se VGS= -1V qual a corrente de dreno considerando o transistor 2N4393? Como Vp= -2,81V e IDSS=36mA então: Valor que pode ser obtido diretamente das curvas características. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 37 Até aqui 2N 24/02/2016 37 Polarização do JFET Polarizar um JFET é determinar o seu ponto quiescente ou de operação (IDQ, VGSQ e VDSQ). A potência dissipada pelo JFET polarizado é dada por: PD = VDSQ . IDQ Atenção na hora de polarizar um JFET: A tensão VDD deve ser menor que BDVSS; A potência dissipada pelo JFET deve ser menor que PDmáx, dada pelo fabricante; A configuração fonte (source) comum é a mais utilizada para o JFET. Assim os tipos de polarização estarão baseados nela. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 38 Polarização com VGS Constante Impõe-se uma tensão VGSQ constante na porta através de VGG para obter a corrente IDQ desejada. Dessa forma a junção está polarizada reversamente, por isso, VGSQ = -VGG. Assim o resistor RG é utilizado apenas para definir a impedância de entrada do circuito, não influenciando na polarização do JFET. Para polarizar o JFET basta calcular RD. Malha de saída: RD.IDQ + VDSQ – VDD = 0 RD = (VDD – VDSQ) / IDQ gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 39 Exemplo: A) Polarizar o JFET BF245A no seguinte ponto quiescente: IDQ = 1mA, VDSQ = 15V e VGSQ = -1V. RD = (VDD – VDSQ) / IDQ = (25 – 15) / 1x10-3 RD = 10 KΩ B) Analisar as variações do ponto quiescente em função das tolerâncias do JFET. Traça-se a reta de VGS constante (VGSQ = -1V) sobre a curva de transferência deste transistor e tem-se: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 40 Reta com VGS constante (VGSQ = -1V) O ponto quiescente Q poderá se localizar em qualquer posição entre Q1 e Q2. A variação de IDQ vai de 0 a 5mA. Este tipo de polarização apresenta dois inconvenientes: 1º) Necessita de duas fontes de alimentação; 2º) Seu ponto quiescente pode ter variações brutais com VGS constante. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 41 Nesse caso olhar a curva típica. 41 DATASHEET DO BF 245 Localização dos Terminais gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 42 DATASHEET DO BF 245 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 43 DATASHEET DO BF 245 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 44 ou VP CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS 45 CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS 46 2V dia 29/02/2016 até aqui. 2N dia 24/05/2017 até aqui. 46 Autopolarização Utiliza apenas uma fonte de alimentação, eliminando-se VGG. Isto é feito utilizando-se um resistor RS em série com a fonte JFET, para gerar uma tensão reversa na junção porta-fonte. O resistor RS produz uma realimentação negativa. Se a corrente de dreno iD aumenta, a tensão sobre RS também aumenta. Isto faz aumentar a tensão reversa porta-fonte (VGS) estreitando o canal, reduzindo novamente a corrente iD. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 47 Até aqui 2M 22/11/2017. 47 Autopolarização Existem duas formas de determinar os valores dos resistores de polarização (RS e RD): pela reta de carga traçada sobre as curvas de dreno e pela reta de autopolarização traçada sobre a curva de transferência. É mais interessante utilizar a curva de transferência para definir a polarização, pois os manuais sempre fornecem pelo menos os parâmetros IDSS e VP ou VGS(off) que a definem. Determinação da Reta de Autopolarização É traçada sobre a curva de transferência, podemos obtê-la da malha de entrada. -VGS = RS.ID – RG.IG IG é praticamente nula devido à alta impedância de entrada, tem-se: -VGS = RS.ID gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 48 Menos menos VGS. 48 Um ponto da reta de autopolarização é a origem o outro deve encontrar a curva de transferência. A inclinação da reta dependerá do valor de RS. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 49 Reta de Autopolarização Análise das Tolerâncias do JFET O ponto quiescente pode estar localizado em qualquer posição entre Q1 e Q2. A variação possível de IDQ na autopolarização é menor que com VGS constante e este circuito é mais estável. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 50 Determinação dos Resistores de Polarização Da equação da reta de autopolarização, obtém-se: RS = - VGSQ/ IDQ Da malha de saída, obtém-se: VDD = RD.IDQ + VDSQ + RS.IDQ RD = (VDD- VDSQ + VGSQ) / IDQ O valor de VDSQ é fixado por RD . gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 51 Exemplo: Dada a curva de transferência do JFET BF245A (PDmáx = 300mW), determinar os valores de RS e RD do circuito de autopolarização para IDQ = 1mA e VDSQ = 15V. 52 2N até aqui 18/05/2015. 52 Determinação da Reta de Autopolarização 1º Ponto: Q 2º Ponto: Origem Do ponto Q da reta de autopolarização, obtém-se: VGSQ = -1V Cálculo de RS e RD: RS = -VGSQ / IDQ = -(-1) / 1x10-3 RS = 1KΩ RD = (VDD – VDSQ + VGSQ) / IDQ = (25 – 15 – 1) /1x10-3 = 9KΩ Potência dissipada pelo JFET (deve ser menor que PDmax): PD = VDSQ.IDQ = 15. 1x10-3 = 15mW. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 53 53 Polarizando o JFET Sem a Curva de Transferência Para isso utiliza-se os valores mínimos de IDSS e VP ou VGS(off), fornecidos pelos manuais. Os dois pontos (IDSS, -VP) e a origem definem a reta de autopolarização. Com os parâmetros (IDSSmax, -VPmax) e (IDSSmín, -VPmín), calculam-se dois valores para o resistor RS, sendo um para a parábola máxima e outro para a mínima: RSmax = -VPmax / IDSSmax RSmín = -VPmín / IDSSmín Um valor intermediário entre RSmín e RSmax garante um ponto quiescente próximo ao da parábola correspondente à dos parâmetros típicos do JFET. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 54 Exemplo: Para o JFET BF245A, o manual do fabricante fornece os seguintes parâmetros: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 55 2V até aqui dia 18/05/2015 55 Polarização por Divisão de Tensão na Porta Este tipo de polarização é uma mistura dos dois processos anteriores. A tensão VGG em RG2 e a tensão em RS, impõem VGS na porta do JFET, sendo que VGG deve ser menor que VRS para garantir polarização reversa entre porta e fonte. Como a corrente iG é praticamente zero, VGG pode ser calculada por: VGG = RG2 .VDD RG1 + RG2 (divisor de tensão) gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 56 Mais VGS normal. VGG deve ser menor que VRS caso contrário VGS seria positivo. Até 2M 26/05/2017. 56 Determinação da Reta de Autopolarização A tensão VGS fica definida pela diferença entre a tensão VRS e VGG: -VGS = RS.ID – VGG 1º Ponto: para ID = 0 (corte) VGS = VGG 2º Ponto: para VGS = 0 ID = VGG / RS Verifica-se que a reta é deslocada de zero para VGG na abscissa (eixo horizontal), diminuindo sua inclinação. Em relação aos processos de polarização anteriores, este processo tem uma variação ainda menor de IDQ. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 57 Reta de Autopolarização e Variações do Ponto Q Malha de entrada: RS = (VGG – VGSQ) / IDQ Malha de Saída RD = VDD – VDSQ – RS IDQ gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 58 VGG deve ser menor que VRS caso contrário VGS seria positivo. 58 Transistor de Efeito de Campo em Polarização por Divisor de Tensão Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=AFDOXNX2CcA Download em: https://www.microsoft.com/en-us/store/apps/tophs-transistor-modulo-6-tecj-polarizacao-por-divisor-de-tensao/9wzdncrdhm3c gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 59 59 Exemplo: Determinar os valores de RG1, RG2, RS e RD do circuito de autopolarização do JFET BF245A (PDmax = 300mW), para o ponto quiescente: IDQ = 1mA, VGSQ = -1V e VDSQ = 15V. Como VGG deve ser menor que VGSQ, será utilizado: VGG = 0,5V. Para encontrar RG1 e RG2 devemos arbitrar um deles, neste caso RG2 = 10KΩ. Relembrando: VGG = __RG2___. VDD RS.IDQ – VGG + VGS = 0 RG1 + RG2 RD.IDQ + VDSQ + RS.IDQ – VDD =0 Resp: RG1= 490KΩ, RS = 1,5KΩ, RD = 8,5KΩ. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 60 VGG deve ser menor que VRS caso contrário VGS seria positivo. Até aqui 2V 18/07/2016. Até aqui 2N 30/05/2017. 60 Chave Analógica Iremos polarizar o JFET para funcionar nas regiões de corte e saturação, como uma chave DC. Quando VG < VP ou VGS(off), o JFET encontra-se na região de corte, isto é ID =0 e VS ≡ 0. É como se ele funcionasse como uma chave aberta. Quando VG = 0, para um valor adequado de R, a corrente ID pode levar o JFET a operar na região de saturação. É como se ele funcionasse como uma chave fechada, VS ≡ VDD. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 61 Na região de saturação, a curva de dreno tem uma inclinação que define a resistência entre dreno e fonte para sinais DC, denominada RDS(on), calculada por: RDS(on) = VDS(sat) / IDSsat RDS(on) pode variar entre unidades a centenas de Ohm. Ao lado é mostrado o circuito equivalente para o JFET funcionando como chave DC. Quando a chave está fechada, a tensão VDD divide-se entre RDS(on) e R. Para minimizar o efeito de RDS(on) utiliza-se R>> RDS(on). gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 62 Condutância de Transferência ou Transcondutância Para analisar amplificadores com JFET um parâmetro importante se denomina transcondutância, que é dada por: gm = id / vgs Ela diz-nos quão eficiente é a tensão porta-fonte para controlar a corrente de dreno. A sua unidade é o mho (Ω-1) ou Siemen (S). gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 63 Análise CA gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 64 Amplificador Fonte Comum A configuração fonte comum é a mais utilizada para o JFET, atuando como amplificador de pequenos sinais (baixa potência) e baixa frequência. Os capacitores C1 e C2 têm a finalidade de acoplar o sinal AC, respectivamente, do gerador de entrada à porta e do dreno à carga de saída. O capacitor CS serve para desacoplar o sinal AC da fonte, desviando-o para o terra. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 65 Ganhos de tensão sem carga A= ganho de tensão sem carga; gm= transcondutância; RD = resistência do dreno A = – gm.RD; gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 66 Modelo Simplificado do JFET Este modelo é válido para valores de pico a pico de iD correspondentes a no máximo 10% de IDQ e para frequências menores que a frequência de corte superior natural do JFET. O parâmetro gfs ou gm é denominado condutância de transferência ou, simplesmente, transcondutância, e reflete o quanto a corrente de saída iD está sendo controlada pela tensão de entrada VGS. Portanto, gfs pode ser obtida por: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 67 Modelo Simplificado do JFET Os manuais fornecem o valor máximo de gfs ou gm, simbolizado por gfso, isto é, quando VGS=0, porém seu valor pode ser calculado por: Mas, para a análise do amplificador, o que interessa é o gfs para o ponto quiescente do JFET. Este valor pode ser calculado em função de gfso e por uma das expressões abaixo: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 68 Modelo Simplificado do Amplificador O amplificador, para sinais AC pode ser representado pelo modelo do JFET acrescido dos resistores de polarização vistos pelo gerador de entrada, mostrado abaixo. Determinação dos principais parâmetros do amplificador: Impedância de Entrada Total – ZET Como ZE é muitíssimo alta, tem-se: ZET = RG1 / / RG2 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 69 Modelo Simplificado do Amplificador Impedância de Saída Total vista pela Carga – ZST ZST = RD Ganho de Tensão Total sem Carga – A´vT Ignorando a presença da carga RL, a tensão na saída é VL = -gfs.VGS.RD. Dividindo-se a tensão de saída pela tensão de entrada, tem-se: Circuito equivalente final: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 70 Exemplo: Para o amplificador a seguir, calcular a tensão na carga e o ganho de tensão total AvT (considerando a carga). Dados: IDSS =8mA, VP ou VGS(off)= -2V, IDQ= 2mA, VGSQ= -1V. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 71 71 Exemplo: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 72 DATASHEET DO BF 245 Localização dos Terminais gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 73 DATASHEET DO BF 245 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 74 DATASHEET DO BF 245 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 75 CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS 76 CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS 77 Exercícios JFET Dados os principais parâmetros do JFET BF256C na tabela: gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 78 Calcule os valores para desenhar as parábolas máxima e mínima e desenhe a curva de transferência do BF 256C com base nos valores máximos calculados. Polarize o BF 256C com VGS constante para VDD = 25V, IDQ = 5mA e VDSQ = 10V. Polarize o BF256C pelo processo de autopolarização para VDD = 25V, IDQ = 5mA, VDSQ = 10V e adote –VGSQ = 2,4V. Polarize o BF256C pelo processo de divisor de tensão na porta para VDD = 25V, IDQ = 5mA, VDSQ = 10V, –VGSQ = 2,4V, VGG = 2V e adote RG2 = 1MΩ . Implemente uma chave analógica que funcione de forma inversa à da apresentação apresentada, ou seja, VG = 0 → VS ≡ 0 e para VG < VP → VS ≡ VE. Exercícios JFET 1) Calcule os valores para desenhar as parábolas máxima e mínima e desenhe a curva de transferência do BF 256C com base nos valores máximos calculados. Parábola mínima: Com VGS= -0,4V ID = 0,44mA Com VGS= -0,3V ID = 1,76mA Com VGS= -0,2V ID = 3,96mA Com VGS= -0,1V ID = 7,04mA Parábola máxima: Com VGS= -7V ID = 0,28mA Com VGS= -5V ID = 2,53mA Com VGS= -3V ID = 7,03mA Com VGS= -1,5V ID = 11,88mA Com VGS= -1V ID = 13,78mA gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 79 Exercícios JFET 2) Polarize o BF 256C com VGS constante para VDD = 25V, IDQ = 5mA e VDSQ = 10V. RD.IDQ + VDSQ – VDD = 0 RD = (VDD – VDSQ) / IDQ RD = (25 -10) / 5m = 3KΩ 3) Polarize o BF256C pelo processo de autopolarização para VDD = 25V, IDQ= 5mA, VDSQ = 10V e adote –VGSQ = 2,4V. Como IG≡0 (ZE muito alta) -VGS = RS.ID RD = (VDD - VDSQ + VGSQ) / IDQ RS = 2,4 / 5m = 480Ω RD = (25 – 10 – 2,4) / 5m = 2,52KΩ gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 80 Exercícios JFET 4) Polarize o BF256C pelo processo de divisor de tensão na porta para VDD = 25V, IDQ = 5mA, VDSQ = 10V, –VGSQ = 2,4V, VGG = 2V e adote RG2 = 1MΩ. VGG = __RG2___. VDD -VGS = RS.ID – VGG RG1 + RG2 (divisor de tensão) Da malha de saída temos: RD = VDD – VDSQ – RS IDQ RS = 4,4 / 5 = 880Ω RG1 = (25M – 2M) / 2 = 11,5MΩ RD = [ (25 – 10) / 5m] - 880Ω = 2,12KΩ gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 81 Exercícios JFET 5) Implemente uma chave analógica que funcione de forma inversa à da apresentada, ou seja, VG = 0 →VS ≡ 0 e para VG < VP → VS ≡ VE. gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 82
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