1Prctica # 2: Aplicaciones de transistores BJT yFET.

Pablo Guamn Novillo, pguamann@est.ups.edu.ecUniversidad Politcnica Salesiana, Sede Cuenca.

Laboratorio de Analgica II.

ResumenThis report presents the development of practice onthe implementation of the FET. Within this practice also includedthe BJT and tours by these two elements. Based on the objectives,the equivalent circuits of constant current for both FET andBJT are looking for. Then with data and power parameters ofthe transistors and initial conditions, (in the case of the FET),such calculations are made to approximate, in the first case, thetheoretical values of FET and BJT current practice to and thesecond approximation defendant tooth saw. While the MOSFET,the calculations and then their simulations were performed.

Index TermsBJT, FET,current,constant, tooth.

OBJETIVOS:

- Disear, calcular y comprobar el funcionamiento de lossiguientes circuitos generadores de corriente constante:

Espejo de corriente constante con BJT.Corriente constante con FET.

- Disear, calcular y comprobar el funcionamiento de uncircuito generador de onda Diente de Sierra.

I. MARCO TERICO.

I-A. Circuito Espejo de Corriente con Transistor de UninBipolar.

Un circuito de espejo de corriente, figura 1, produce unacorriente constante y se utiliza principalmente en circuitos in-tegrados. La corriente constante se obtiene desde una corrientede salida, la cual es la reflexin o espejo de una corrienteconstante desarrollada en un lado del circuito. El circuitoes particularmente adecuado para la fabricacin de circuitosintegrados porque el circuito requiere que los transistorestengan cadas de voltaje idnticas entre la base y el emisor, yvalores idnticos de beta, lo cual se logra mejor cuando lostransistores se forman al mismo tiempo en la fabricacin decircuitos integrados. En la figura 1 la corriente Ix establecidapor el transistor Q1 y el resistor Rx se reflejan en la corrienteI mediante el transistor Q2. Las corrientes Ix e I se obtienenutilizando las corrientes que se listan en el circuito de lafigura 1. Suponemos que la corriente de emisor (IE) en ambostransistores es la misma (Q1 y Q2 se fabrican muy cerca unode otro en el mismo chip). Las dos corrientes de base en eltransistor son aproximadamente:[1]

IB =IE

+ 1 IE

(1)

La corriente del colector de cada transistor es, entonces:[1]

IC = IE (2)

Y la corriente Ix de la resistor Rx es:[1]

Ix = IE +2IE

IE (3)

En suma, la corriente constante producida en el colector deQ2 es la imagen de espejo de Q1. Es decir:[1]

Ix =V CC V BE

Rx IE (4)

La corriente Ix establecida por VCC y RX se refleja en lacorriente que se dirige al colector de Q2. El transistor Q1 seconoce como transistor conectado como diodo porque la basey el colector estn en cortocircuito entre s.[1]

En la figura 1 se muestra la estructura de la configuracinespejo de corriente.

Figura 1. Presenta la configuracin para espejo de corriente con BJT.[1]

I-B. Circuito de corriente constante con Transistor de Efectode Campo.

Suponga que tenga una carga que necesita una corrienteconstante. Una solucin sera usar el JFET con la puerta cortocircuitada. La figura 2a muestra la idea bsica. Si el punto Qest en la zona activa como se muestra en 2b, la corriente porla carga es igual a IDSS. Si la carga tolera los cambios de IDSScuando reemplazamos el JFET, este circuito es una excelente

2solucin. Por otra parte, si la corriente de carga constante de te-ner un valor especfico, podemos usar una resistencia de fuentevariable como se muestra en 2c. La autopolarizacin provocarvalores negativos de VGS. Ajustando la resistencia, podemosencontrar puntos Q distintos, como se muestra en 2d. El usodel JFET de esta manera simple nos proporciona corrientesde carga constantes, incluso si cambiamos la resistencia decarga.[2]

Figura 2. Muestra la configuracin para corriente constante con FET.[1]

Caractersticas de Transferencia:

La relacin de transferencia de un JFET es una relacincuadrada. Desafortunadamente, no es una relacin lineal comosucede con los BJT. La ecuacin de Shockley define la relacinentre ID y VGS:[1]

ID = IDss

(1 V GS

V p

)2(5)

Dnde: IDss y Vp son constantes. VGS es la variable decontrol. [1]

Descripcin: ID: es la corriente que circula por drenaje.IDSs: conocida como la corriente drenaje fuente saturada.Ayuda a determinar el lmite en ID en la grfica de transfe-rencia cuando Vp=0. [1]

Vp: es un nivel de tensin conocido como voltaje deestrangulamiento, ocurre cuando IDss = 0. Para dispositivosde canal n Vp es negativo, mientras que para los de canal pVp es positivo. Ayuda a determinar el lmite en VGS cuandoIDss = 0. [1]

II. LISTA DE MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

Se presentan los equipos y materiales para el desarrollo dela prctica 2. En los cuadros I y II se muestra los equipos ymateriales usados respectivamente.

Cuadro ILISTA DE EQUIPOS.

Descripcin CantidadMultmetro 2

Fuentes de Tensin 2ProtoBoard 1

Osciloscopio 1Generador de funciones 1

Cuadro IILISTA DE MATERIALES.

Descripcin CantidadResistencias 15

BJT 3FET 2

Pinzas 2Bananas 4

Cable Multipar 0.5m

III. DESARROLLO.

En esta seccin se muestran los clculos, mediciones y lassimulaciones realizadas en la prctica.

III-A. Clculos:

III-A1. Circuito espejo de corriente con BJT: pDatos:V CC = 12VV CE = V cc/2 = 6V1=2 = 90Rx = 4KSe aplica la ecuacin 4 para hallar la corriente Ix:pIx = IC = IEIx = V ccV BERxpIx = 12V0,7V4K = 2,83mApLuego se halla IB con (1):pIB = IE =

2,83mA90 = 31,44uA

pEn el cuadro III se presentan los valores esperados ymedidos del circuito espejo de corriente constante conBJT.

Cuadro IIIVALORES ESPERADOS Y MEDIDOS.

Rx Ix Esperada Ix Medida470 2.83mA 2.77mA500 2.83mA 2.77mA660 2.83mA 2.77mA1K 2.83mA 2.77mA

1.33K 2.83mA 2.77mA1.66K 2.83mA 2.77mA2.2K 2.83mA 2.77mA

2.53K 2.83mA 2.77mA2.86K 2.83mA 2.77mA

3K 2.83mA 2.77mA4K 2.83mA 2.77mA

3III-A2. Circuito de corriente constante con FET: pDatos:V DD = 12VID = 3mAVDS = V cc/2 = 6VIDSS = 9,8mAV p = 3VSe aplica la ecuacin de Shockley 5 para hallar VGS:

ID = IDSS

(1 V GS

V p

)2Donde:p|V GS| < |V p|pV GS =

(1

ID

IDSS

)V p

V GS =(

1

3mA9,8mA

)(3V )

pV GS = 1,34V > CumplepSe trabaja en la malla comprendida entre gate-source para

hallar RS.pV GS = ID RSpRS = V GSID = 1,343mApRS = 446,7pDesarrollando la malla drain-source para encontrar RD.pV DD = IDRD + IDRS + V DSpRD = V DDV DSID RSpRD = 12V6V3mA 446,7pRD = 1553,34 1,5Kp

En el cuadro IV se presentan los valores esperados ymedidos del circuito de corriente constante con FET.

Cuadro IVVALORES ESPERADOS Y MEDIDOS.

RD ID Esperada ID Medida100 3mA 3.12mA220 3mA 3.11mA330 3mA 3.11mA470 3mA 3.10mA1K 3mA 3.09mA

2.2 K 3mA 3.05mA2.33K 3mA 3.02mA2.66K 3mA 2.98mA

III-A3. Generador de Onda de Diente de Sierra: pDatos:pV DD = 15V

IC = 20mAIDSS = 9,8mAV p = 3V = 200f = 2KhzpSe plantea el circuito para la onda requerida:

Figura 3. Muestra el circuito generador de diente de sierra.

pPara iniciar los clculos se halla el periodo T:pf = 1TT = 1f =

12kHz

pT = 0,5mspSe encuentra la RB con la malla base-emisor:pRB = V cc0,7VIBpRB = 150,7V20mA/200pRB = 143KpDesarrollando en la malla colector-emisor:pV CC = ICRC + V CE + V DSpRC = 11V20mApRC = 550pFinalmente se halla el capacitor:pC = 12fREpC = 122KHz100 = 0,7957uF

4III-B. Medicin:

En la figura 4 se muestra la onda diente de sierra obtenidaen el Osciloscopio del laboratorio.

Figura 4. Presenta la Onda Diente de Sierra obtenida en el laboratorio.

III-C. Simulaciones:

III-C1. Simulacin Espejo de corriente BJT: En la figura5 se muestra la simulacin en MULTISIM del circuito espejode corriente constante utilizando BJT.

Figura 5. Presenta la simulacin de espejo de corriente constante contransistor BJT.

En la figura 6 se muestra la grfica de la resistencia variableRV frente a la corriente de colector fija.

Figura 6. Muestra el anlisis de la corriente Ix versus la resistencia variableRV.

III-C2. Simulacin fuente de corriente constante con FET:En la figura 7 se presenta la simulacin del circuito decorriente constante con FET.

Figura 7. Presenta la simulacin del circuito de corriente constante con FET.

La siguiente figura 8 se presenta el anlisis de corriente -resistencia.

Figura 8. Muestra el anlisis de la corriente ID versus la resistencia variableRD.

5ppIII-C3. Simulacin Generador de onda Diente de Sierra:

En la figura 9 presenta el circuito simulado para generar eldiente de sierra.

p

Figura 9. Muestra la configuracin para obtener el diente de sierra.

pFinalmente en la figura 10 se muestra la onda obtenida en

la simulacin.p

Figura 10. Muestra la onda obtenida en la salida del Osciloscopio en lasimulacin.

IV. ANLISIS DE RESULTADOS:

Los valores de Ix medidos para el espejo de corriente sonmuy semejantes a los esperados para las diferentes resistenciastomadas en la prctica, es decir Ix es constante para elgrupo de resistencias tomadas. Observe el cuadro III y lafigura 5 correspondientes. Sin embargo, se observ que estecomportamiento solo se daba en un rango de valores pararesistencias, es por eso que se realiza el anlisis de barrido

de corriente-resistencia para observar cual es el mximo valorde resistencia en el que el circuito permanece constante, revisela figura 6.

Para el circuito de corriente constante, figura 7, se realizalgo muy parecido, se trabaj con un grupo de resistencias yse comprob que la corriente de drenaje se mantena constantecomo era de esperarse. De igual manera se realiza el barridode corriente - resistencia, ambas en el drenaje, para verificarel valor mximo de ID que es constante, figura 8. El barridopara BJT arroja un valor mximo de resistencia aproximado de4K en el cual la corriente Ix comienza a decaer. ste valor deresistencia es el planteado en la prctica. En el caso del barridodel FET la corriente ID empieza a decaer aproximadamente enun mximo de 3K. ste valor de resistencia supera al valorencontrado en la prctica.

Finalmente para el generador de diente de sierra, figura9, tanto los valores esperados, medidos y simulados sonbastante aproximados, mucho ms que en los casos anteriores,la onda esperada prcticamente es la misma en el periodocalculado. Es importante escoger una frecuencia y trabajar conlos caractersticas del FET, medidos en la practica anterior.

CONCLUSIONES:

As for the current sources:These circuits actually proved singles when its armed

and calculating recommend obtaining sufficient informationto develop on the date set as this is was a big problem.The current values that are of interest to us, a few tenthsvaried with respect to the expected both in practice and inthe simulation values. In the current mirror emitter resistorRE is very important because it helps to stabilize the collectorcurrent for a larger range of resistance that we must change andalso helped us to perform the analysis using Multisim whereyou could observe that the reflected current Ix remained in amuch larger range at a stable level that was falling graduallyto values that tend to be infinite or very large.

Saw tooth:Consider first the loading time requested by the teacher

to the first wave. From this information we can start tofind frequency and period. Then you can find resistors andcapacitor that will give the waveform. Also stress that it isvery important to know previously the combination of BJTand FET for this part.

REFERENCIAS[1] Robert Boylestad,"Teora de Circuitos y Dispositivos

Electrnicos," Dcima Edicin. Captulos: 4,Polarizacin cd de los BJT. Pginas 200 - 222.

[2] Albert Paul Malvino., Principios de Electrnica Sexta Edi-cin. Publicado por: Glencoe/McGraw-Hill/Espaa.1999. Ca-ptulos: 13 JFET. Pginas 481-502.