Amplificación con el transistor JFET


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Anterior: El JFET en alterna.

Se verá el uso del transistor JFET en circuitos de amplificación, se hace el estudio para un transitor JFET de canal n, en esta ocasión el circuito a utilizar se polariza por divisor de tensión ya que es el mas estable en comparación con los demás tipos de polarización del JFET, la ganancia en tensión  que se logra con un transistor JFET es pequeña con respecto a lo que se puede ganar en un circuito de amplificación de un transistor BJT, lo que si se logra con un  circuito de amplificación hecho con un JFET, es la obtención de corriente analógica a través del drenador, a partir de una pequeña de señal de tensión analógica vgs, que en la figura correspondería a fuente analógica vi. (ver el tema de el JFET en alterna.)

Amplificación con el JFET

Es necesario el uso de la gráfica de transferencia para elegir un punto de operación Q en la polarización del JFET, la gráfica se obtiene con la ayuda de la hoja de datos del JFET que se esté utilizando, en ella se podrá elegir una corriente de drenaje IDQ adecuada, al cual le corresponderá una VGSQ, luego se elegirá una VDSQ de tal manera que el JFET quede polarizado en la región activa que es donde se le puede utilizar en circuitos de amplificación.

Amplificación gráfica transferencia

En la gráfica de entrada, la corriente de drenaje IDQ para el punto de operación se puede elegir entre 0 y IDSS, normalmente cercano al punto medio para que en la amplificación la distorsión en la salida no sea apreciable y tampoco se afecte a la ganancia de tensión, una vez elegida la IDQ, en la gráfica se puede encontrar la VGSQ que le corresponderá a ese punto de operación.  Para utilizar el JFET en  amplificación, la tensión drenaje fuente en el punto de operación VDSQ tiene que tiene que ser mayor a la tensión de estrangulamiento Vp, de esta manera se asegura que el transistor está polarizado en la región activa que es donde se le puede utilizar en circuitos de amplificación.

Una vez ubicado el punto de operación se hallará el valor de la transconductacia para ese punto, para eso se tiene que utilizar la fórmula vista en el tema anterior, la cual es:

Amplificación gmq

gm0 es el valor de la transconductancia cuando VGS=0, este valor está en la hoja de datos del JFET.

VGS es la VGSQ al cual se ha polarizado el JFET.

Este valor gmQ junto con la impedancia de salida rd son necesarios  para conocer cuanta será la ganancia de tensión del circuito de amplificación, mediante la siguiente fórmula:

Av=gmQ*rd

En el circuito de polarización tiene que cumplirse la siguiente condición:

VGSQ=VG-VS, de aquí

VG=VGSQ+VS, pero VG tiene que ser un valor positivo, esto es VG>0, entonces:

VGSQ+VS>0; luego

VS > -VGSQ, como se está viendo el caso para un JFET de canal n, -VGSQ resulta una cantidad positiva, esta tensión VS es la que caerá sobre la resistencia de la fuente RS y tiene cumplir la condición obtenida para que la polarización sea correcta.

En el caso de la salida para el circuito de polarización tiene que cumplirse ademas de que la VDSQ>Vp, una condición obtenida a partir de la recta de carga de la salida:

VDS=VDD-(RS+RD)ID, esta es la ecuación de recta de carga en la salida, como VDS>Vp, entonces:

VDD-(RS+RD)ID>Vp, de aquí se obtiene

RS+RD<(VDD-Vp)/(ID), la suma de las resistencias de polarización RS y RD tienen que cumplir esta condición para que el circuito de polarización utilizado en la amplificación sea correcta.

Lo comentado hasta aquí  y la forma de utilizarlo en un circuito real hecho con el JFET de canal n 2N3819, para el que se obtendrán los valores adecuados de las resistencias de polarización RS, RD, R1 y R2, de tal manera que el JFET se polarice en la región activa y luego poder utilizarlo en un circuito de amplificación, es lo que se puede ver en los siguientes vídeos que se dejan a continuación.

Las hojas utilizadas en los vídeos amplificación con el JFET 1,2 y 3 las encuentras aquí.

Amplificación  con el JFET parte 1

Amplificación con el JFET parte 2

 

Una vez que el circuito se ha polarizado en la región activa, será necesario ahora calcular los valores adecuados para los condensadores de acoplo y del condensador de acoplo, la forma en que se calculan estos valores lo puedes ver aquí, estos condensadores tienen que cumplir las siguientes condiciones:

Capacitancia del condensador de la compuerta CG>5/(π*f*(R1//R2+ri)).

Capacitancia del condensador del drenaje CD>5/(π*f*(RD+RL)).

Capacitancia del condensador de la fuente CS>5/(π*f*(RS//gm-1)).

f es la frecuencia de la señal vi que se quiere amplificar, para el caso de amplificación de audio, para f se toma el menor valor del rango de frecuencias de audio esto es f=20Hz.

Cuando ya se tengan los valores adecuados para las capacitancias de los condensadores, el circuito se podrá ver en su forma equivalente para alterna.

amplificación equivalente en alterna

La impedancia de entrada es Zent=R1//R2 +ri;

La impedancia de salida es Zsal=rd;

La ganancia de tensión es Av=gmQ*rd;

La corriente que obtiene por el drenador es  id=gmQ*vgs, donde vgs=vi;

En el siguiente vídeo se sigue con el circuito de prueba realizado con el 2N3819, en este caso se calculan los valores de los condensadores utilizados, luego se hacen las pruebas en amplificación con un generador de funciones y luego con audio.

Amplificación con el JFET parte 3

 

La siguiente es una imagen del circuito de prueba realizado con el JFET 2N3819.

Amplificación con el 2N3819

En la siguiente imagen se ve el resultado con la ayuda del osciloscopio, de las pruebas realizadas mediante el circuito de amplificación, en la parte superior se muestra la señal de entrada, en la inferior se ve la señal obtenida amplificada, como se puede ver está invertida con respecto a la entrada, con este circuito se obtiene una ganancia en tensión de 3, esto es característico de los JFET, no se obtiene una gran ganancia en cuanto a tensión, lo importante en estos circuitos es que obtienes corriente, la cual puedes aprovechar en una etapa superior en el proceso de amplificación, como puede ser con un transistor bipolar con el que se obtiene una ganancia de tensión mucho mayor.

Amplificación con el 2N3819 en el osciloscopio

 

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