Eletrônica Básica
Aula17: Transistor Efeito de Campo - Polarização e Amplificadores
Bibliografia: Microeletrônica - Vol.1 Sedra e Smith e Eletrônica Vol 1 - Malvino 

Amplificadores com JFETS

   

Para compreender o conceito de amplificação, considere que  no circuito da figura 1, amplificador fonte comum, o JFET é o 2N4393cujas curvas características são conhecidas. Na entrada, a tensão da bateria VGG polariza a porta em -1V (VGSQ = -1V). Os outros valores quiescentes  (VDSQ  e ID ) podem ser determinados graficamente usando o conceito de reta de carga. 

( a )

( b )

Figura 1: Amplificador dreno comum  ( a ) circuito de polarização ( b ) sinal adicionado á polarização

Amplificador  básico

 

Na figura 1a equacionando na malha de saída obtemos: :

10=VDS + 0,4k.ID    eq. 1

Que é a equação da reta de carga.  Os interceptos (pontos de cruzamento com os eixos) são:

Para ID=0    VDS=10V  (primeiro ponto - eixo X) e para    VDS=0  ID=25mA          (segundo ponto  - eixo Y). Unindo os dois pontos teremos a reta de carga.

A intersecção da reta de carga  com a tensão de polarização de porta  determina os outros valores quiescente obtidos do gráfico  sendo estes:

VDS=3,9V      e   ID=15mA 


Figura 2: Curvas de dreno com a  reta de carga

  Vamos supor que uma tensão senoidal de 0,5Vpp (Ve) é adicionada à tensão de polarização de porta de -1V.  O ponto Q se desloca entre  A (VDS=2,3V     ID=19,2mA   VGS=-0,75V )  e  B(VDS=5,4V     ID=11,4mA   VGS=-1,25V ). Desta forma podemos determinar o ganho de tensão:

O ganho de tensão por definição é variação na tensão de saída (Vs)  provocada por uma variação na entrada (Ve).


A variação na entrada é 0,5Vpp, e a variação na saída será obtida diretamente das curvas de  dreno:
 

 Variação na tensão de dreno= 5,4V - 2,3V=3,1V

Portanto o ganho de tensão será igual a:   Av= Vs/ve=   3,1V/0,5V =6,2

 

Portanto o ganho valerá:

e defasada de 180o em relação a  entrada.

Obs: O ganho de tensão nos amplificadores com FET costuma ser menor do que nos amplificadores com transistor bipolar (BJT).

Outra forma de mostrar o princípio de operação do FET como amplificador é através da curva de transferência (IDxVGS). Na figura 3 essa curva esta representada juntamente com um sinal de 0,5Vpp de pico a pico  aplicado ao redor do ponto quiescente VGSQ=-1V. A variação da tensão de porta provoca uma variação na corrente de dreno que ao passar na resistência de dreno causa uma variação de tensão no dreno. O ganho de tensão será então calculado por:

    

                   

Portanto mesmo valor obtido

 

Figura 3: Determinando o ganho de tensão através da curva de transferência

D

O ganho pode ser determinado observando as formas de onda da entrada e da saída, Figura 4.

 

Figura 4: Formas de onda de entrada  (Ve) e saída (vDS)  figura 1 para  uma polarização de porta de VGSQ= -1V

A saída é 6,2 vezes maior do que a entrada e defasada de 180o. Podemos colocar essa informação de outra forma dizendo simplesmente que o ganho vale  -6,2.

 

Importante: A mudança do ponto Q  além de diminuir a amplitude do sinal de saída provocou uma distorção. a seguir a será mostrado os principais circuitos de polarização. Experimente mudar o ponto de polarização para VGSQ=-2V e execute uma analise transiente 

 

Polarização do JFET

Polarizar um transistor significar localizar o ponto quiescente de forma que ao variar a tensão de entrada o ponto Q se desloca na reta de carga de tal forma a permanecer na região de amplificação ou região ativa (região do patamar das curvas de dreno). Se o ponto quiescente não for bem localizado (região não linear) a  distorção no sinal de saída será alta.

Se o ponto Q na figura 1a mudar para, digamos, VGSQ= -2V e o sinal aplicado continuar tendo amplitude de 0,5VPP, as formas de onda serão agora as  da figura 5. Como pode ser visto ganho cai pela metade.

Figura 5: Formas de onda de entrada  (Ve) e saída (vDS)  figura 1 para  uma polarização de porta de VGSQ= -2V

Polarização Fixa

O circuito da figura 1 pode ser considerado um circuito de polarização mas tem inconvenientes, tais como a necessidade de duas fontes e também  não existe um caminho para a corrente reversa da junção PN. O caminho é obtido colocando uma resistência RG conforme figura 6.

Figura 6:  amplificador fonte  comum com polarização fixa

Polarização Fixa
 

A determinação do ponto Q é feita de forma direta, isto e,  basta escolher a curva de VGSQ=-1V desenhar  a reta de carga do dreno, a intersecção entre os dois gráficos determina o ponto Q.

 

Autopolarização

A fonte  VGG  do circuito da figura 6 pode ser eliminada com  a adição da resistência  Rs, figura 7.  A tensão que polariza a porta é obtida em Rs, isto é, VGS= - RS.ID  considerando que a corrente reversa é nula.


Figura 7: circuito de autopolarização
Amplificador fonte comum auto polarização

 

Para o circuito da figura 7 são validas as equações:      VGS= - RS.ID    e       VDS=VDD – (RS+RD).ID

 

Veja este vídeo sobre  JFET  (em inglês): http://www.allaboutcircuits.com/videos/67.html

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