El transistor JFET. Cuarto artículo.

Saludos a todos. En este artículo de hoy vamos a ver la polarización mediante divisor de tensión.

Veamos el siguiente esquema:

La tensión de surtidor es la siguiente:

$VS = VG - VGS$

Tenemos pues que la corriente de surtidor es la siguiente:

$ID = \frac {VS}{RS} = \frac {VG - VGS}{RS} \approx \frac {VG}{RS}$

Esta última aproximación es cuando la tensión en la puerta es grande, por lo tanto VGS se puede despreciar en la ecuación.

Fijémonos en la gráfica que sigue a continuación:

Es la recta de carga de nuestro circuito. En ella situamos nuestro deseado punto Q, que como vemos está en la región activa (zona lineal). Esto es así, pero para que pueda ocurrir debe cumplirse que VDS (tensión drenador-surtidor) debe de ser mayor que ID x RS y que también debe de ser menor que VDD (alimentación).

La tensión aplicada a la puerta es la siguiente:

$VG =VDD \cdot \frac {R2}{R1+R2}$

Vamos a utilizar las curvas de la transconductancia para obtener con cierta precisión el punto Q.

Recurriremos a la fórmula anteriormente vista:

$ID = \frac {VS}{RS} = \frac {VG - VGS}{RS}$

Son dos casos a considerar:

Si ID = 0, entonces VGS = VG
Si VGS = 0, entonces ID = VG/RS

Estos serán los puntos que nos ayuden a obtener el punto Q del circuito de forma gráfica:

Nuestro punto Q (VGS) estará comprendido entre el valor mínimo (Q1) y el máximo (Q2) obtenido de esta forma gráfica. La situación mejora con esta polarización, si bien el punto Q sigue sin ser fijo del todo. Pero el resultado es aceptable.

Veámoslo con un ejemplo:

Vamos a diseñar un amplificador con el 2N5486 en base a los datos obtenidos del datasheet.

Si nos fijamos en este, podemos apreciar que tenemos los datos de la VGS(off) mínima y máxima junto con la IDSS mínima y máxima también.

Sea el siguiente circuito de partida. Vamos a comprobar si está bien diseñado:

La VG no hace falta ni calcularla, son 15 voltios (las dos resistencias del divisor de tensión son iguales). Se eligen tan altas para poder conservar la elevada impedancia de entrada que tiene el JFET.

La corriente de drenador queremos que sea de 5 miliamperios.

$ID = \frac {VG}{RS} = \frac {15}{3k} = 5mA$

Con eso ya podemos trazar gráfica de la transconductancia. Nos quedaría algo así para el 2N5486:

Con los datos de la ID podemos calcular gráficamente los puntos Q1 y Q2:

¿Cual es la tensión VGS y corriente ID en ambos puntos (Q1 y Q2)? Depende de la precisión de nuestro gráfico. En resumen, yo no me fio demasiado de los datos que se obtengan, pero así es la teoría y quería enseñárosla.

CONCLUSIONES:

No podemos resolver de forma gráfica el diseño de forma rigorosa, ya que las curvas necesarias no las incluye el datasheet para este transistor. Se podría con fines pedagógicos aproximar las curvas a una recta, pero el resultado no sería demasiado fiable.
En cualquier caso creo que lo mejor es usar el simulador como la mejor opción para realizar el diseño.

Os paso el enlace del esquema de esta simulación por si queréis hacer uso de el para hacer vuestros propios cambios de valores y demás.

Y con esto que hemos visto concluye el artículo de hoy. Ya queda menos para empezar con el diseño de un amplificador de audio, por ejemplo. 🙂

REFERENCIAS:

Principios de Electrónica, séptima edición. Albert Malvino, David J. Bates