El transistor JFET. Quinto y último artículo.

Hola de nuevo. En este último artículo dedicado a los JETs veremos como polarizarlos en fuente común y como calcular la ganancia entre otras cosas.

Para poder entender como funcionan los transistores JFET en cuestión, es necesario entender el concepto de transconductancia (denominada gm o también gfs).

La transconductancia es la relación entre la corriente de drenador y la tensión en la puerta y fuente del JFET. La formula que define esta relación, como no podría ser de otra forma es la siguiente:

$gm = \frac {id}{vgs}$

Cuanta mas transconductancia tenga un transistor, mas corriente de drenador habrá para una tensión dada en la entrada del mismo (puerta-fuente). Esto se traducirá en una mayor ganancia de tensión como veremos mas adelante.

Veámoslo con un ejemplo. Si tenemos una corriente de drenador de 0.5 mA pico a pico y una tensión en la puerta-fuente de 0.1 Vpp, ¿cual sera la gm?

$gm = \frac {id}{vgs} = \frac {0.5}{0.1} = 5 \cdot 10^{-3} \ mho = 5000 \ \Omega mho$

Además de los mho (unidad inversa al ohmio), se suele usar también como unidad de transconductancia los siemens (S).

Si recordamos la curva de la transconductancia (ver figura siguiente).

El valor de gm, es el valor de pendiente de la recta tangente a la transconductancia. Cuanto mas arriba estemos en la curva, mas pendiente habrá y por lo tanto mas gm.

Veamos ahora la relación que guardan la tensión puerta-fuente y la gm. Fijémonos en la siguiente gráfica:

Se aprecia que al decrementar VGS, la gm disminuye de forma lineal.

$VGS(off) = \frac {-2 \cdot IDSS}{gm0}$

Por último, vamos a ver una fórmula que relaciona gm con cualquier valor de VGS.

$gm = gm0 \cdot (1- \frac {VGS}{VGS(off)})$

Estructura de un amplificador con un JFET

Fijémonos en el siguiente esquema de un amplificador en fuente común:

Para poder obtener la ganancia de alterna de este amplificador, debemos recurrir al circuito equivalente de alterna:

Si calculamos la resistencia de drenador en alterna:

$rd = RD // RL$

Calculemos ahora la ganancia:

$Av = \frac {Vout}{Vin} = \frac {gm \cdot Vin \cdot rd}{Vin} = gm \cdot rd$

Pongamos un ejemplo. Sea el siguiente circuito:

Las curvas de entrada y salida serían las siguientes:

Vamos a ver si los cálculos teóricos coinciden. La transconductancia mínima es de 3500.

$rd = RD // RL = \frac {3k6 \cdot 10k}{3k6 + 10k} = 2.65k \Omega$

Calculemos ahora la ganancia:

$Av = gm \cdot rd = 3500 \mu mho \cdot 2.65k \ \Omega = 9.26$

La salida sería por lo tanto de:

$Vout = 10mV \cdot 9.26 = 92.6 \ mili-voltios$

La salida debería ser por lo tanto ligeramente inferior a la que obtenemos (120 milivoltios). Esto es debido a que el datasheet da la gm mínima, que no se corresponde con la del modelo del simulador.

En la simulación con los 120 milivoltios de pico de salida, tendríamos una ganancia de 21.6 decibelios.

Con esto concluye el artículo de hoy y la serie de artículos dedicados a los JFETs. Seguiremos tocando estos transistores ademas incluso en otros usos, si bien en principio no habrá ningún tipo de orden en la aparición de los mismos en los artículos.

Espero que os hayan gustado los artículos y un cordial saludo. 🙂

El esquema podéis bajarlo de este enlace.

REFERENCIAS:

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

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