Fuente común con autopolarización JFET
Se realizará el análisis de un transistor jfet con autopolarización en configuración fuente común. El circuito es el siguiente:
Apagando la fuente vcc queda de la siguiente manera:
Y ahora colocando en corto los condensadores y cambiando el transistor jfet por su respectivo modelo híbrido el circuito queda de la siguiente manera:
La idea es trabajar con el modelo simplificado del amplificador que se muestra a continuación:
Las ecuaciones para hallar los parámetros del modelo simplificado del amplificador zi, zo y Ava se muestran en la siguiente tabla:
Tenga en cuenta
- El transistor jfet tiene su propio modelo híbrido con sus propios parámetros que es diferente al modelo simplificado del amplificador que integra al modelo híbrido del jfet mas las resistencias de polarización RG y RD.
- En el análisis ac de un amplificador principalmente se buscan tres parámetros que son la ganancia de voltaje Av, la impedancia de entrada zi y la impedancia de salida zo. Los demás parámetros via, voa, ii, io y Ai se pueden hallar a partir de estos tres.
- La ecuación para hallar el valor del parámetro de transconductancia gm es la siguiente:
- En un transistor jfet la ganancia en voltajes es pequeña (por el orden de 1 a 10). La impedancia de entrada esta relacionada directamente con el valor de resistencia de puerta RG que normalmente esta entre los 100kΩ a los megaohmios . Y la ganancia en corrientes típicamente es muy alta debido principalmente a que la corriente de entrada es muy baja (por el orden de microamperios o menos).
Ejemplo. Realice un análisis del siguiente circuito.
gm tiene un valor de 3mS y rd tiene un valor de 20kΩ. Halle todos los parámetros zi, zo y Ava del amplificador para los siguientes casos:
a) RS’ = 1.1kΩ y RS’’ = 0.
b) RS’ = 220Ω y RS’’ = 880Ω.
c) RS’ = 0 y RS’’ = 1.1kΩ.
d) Realice una tabla comparativa y saque conclusiones.
Solución.
a) RS’ = 1.1kΩ y RS’’ = 0. El amplificador cambiando el jfet por su modelo híbrido es el siguiente:
Hallamos los parámetros del amplificador:
El modelo simplificado del amplificador queda de la siguiente manera:
Y la simulación es la siguiente:
La línea de color amarilla es la señal de entrada y la línea de color azul es la señal de salida. Se puede observar que la ganancia es de -2.185 que es muy cercana al valor calculado.
b) RS’ = 220Ω y RS’’ = 880Ω. El modelo con el modelo híbrido del transistor queda de la siguiente manera:
Hallamos los parámetros del amplificador:
El modelo simplificado del amplificador queda de la siguiente manera:
Y la simulación es la siguiente:
La línea de color amarilla es la señal de entrada y la línea de color azul es la señal de salida. Se puede observar que la ganancia es de -5.375 que es muy cercana a -5.392 que es el valor calculado.
c) RS’ = 0 y RS’’ = 1.1kΩ. Se cambia el transistor jfet por su modelo híbrido:
Se puede observar que RS’ toma el valor de 0 con lo que básicamente se realizara el mismo análisis de un jfet con polarización fija:
Hallamos los parámetros del amplificador:
El modelo simplificado del amplificador queda de la siguiente manera:
Y la simulación es la siguiente:
La línea de color amarilla es la señal de entrada y la línea de color azul es la señal de salida. Se puede observar que la ganancia es de -8.5 que es muy cercana al calculado con las ecuaciones.
d) Tabla comparativa
- Se puede observar de manera general que las ganancias de voltaje son bajas comparadas con las de un transistor bjt, además se puede observar que las ganancias en corriente son altísimas esto debido a que la corriente de entrada depende del valor de RG que típicamente se escoge de un valor muy alto (por el orden de los megaohmios) haciendo que la corriente de entrada tienda a cero.
- El valor de la impedancia de entrada no se ve afectado por el valor de RS en ac, en cambio el valor de la impedancia de salida varia levemente de acuerdo a la variación de RS, si se conserva la resistencia RS en ac la impedancia de salida tendrá un valor cercano a la resistencia RD en cambio si se elimina completa o parcialmente la resistencia RS el valor de zo se alejara del valor de RD.
- También se observa que al conservar la resistencia RS en ac el valor de las ganancias de corriente Ai y voltaje disminuyen Ava tal cual como un transistor bjt en emisor común con polarización estabilizado en emisor.
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