AMPLIFICADOR DE TENSION CON MOSFET-D, BJT Y CONFIGURACION DARLINGTON

Byron Jair Rubio Julin Andrs Victoria byron2114@hotmail.com andresis_92@hotmail.com Universidad Autnoma De Occidente Santiago de Cali, Colombia Resumen en este laboratorio realizamos un amplificador de potencia utilizando 4 condensadores 3 de acople y uno de desacople, trabajamos con la configuracin de clase A. Este constaba de tres etapas, la primera etapa trabajaba con un MOSFET el cual tena que ser de empobrecimiento y estar trabajando en la zona activa , ya que su comportamiento es muy parecido al de un JFET es un transistor de efecto de campo el cual es controlado en voltajes en Gate el cual su corriente de Drain es controlada por el voltaje entre Drain, para poder trabajar en activa el voltaje drain-sourse debe ser mayor al Vth , el Vth es el voltaje en el cual el MOSFET comienza a conducir entre drain y source . La segunda etapa trabajaba con un BJT la el cual mostraba la seal de salida amplificada y este tambin trabajaba en su punto Q ptimo. La tercera etapa es una configuracin Darlington. la cual amplifica la corriente y el voltaje pico a pico es el mismo que la salida del segunda etapa ya que este funciona como un seguidor al salir por emisor.

operacin, mientras que el nombre MOSFET significa transistor de efecto de campo. Debido a que existen diferencias en las caractersticas y en la operacin de cada tipo de MOSFET, se realizaran en secciones por separado. Existe el MOSFET de tipo decremento, el cual resulta tener caractersticas similares a las de un JFET entre el corte y la saturacin para Idss, pero tienen el rasgo adicional de caractersticas que se extienden hacia la regin de polaridad opuesta para Vgs. Un MOSFET de empobrecimiento con una tensin de puerta negativa. La alimentacin VDD obliga a los electrones libres a circular desde la fuente hacia el drenador. Estos circulan por el canal estrecho a la izquierda del substrato p. Como sucede con el JET, la tensin de puerta controla el ancho del canal. Cuanto ms negativa sea la tensin de los MOSFET puerta, menor ser la corriente de drenador. Cuando la tensin de puerta es de empobrecimiento. Lo suficientemente negativa, la corriente de drenador se interrumpe. En consecuencia, el funcionamiento de un MOSFET es similar al de un JET cuando Vgs es negativa

ndice de Trminos Condensadores. Configuracin de divisor de tensin. MOSFET. Punto Q ptimo. Voltaje BJT. Configuracin Darlington. I. INTRODUCCIN , Voltaje , corriente , corriente .

Empezamos con un anlisis de la curva de tras conductancia de un MOSTFET.

Transistor de Efecto de Campo Definicin. Existen dos tipos de MOSFET el de empobrecimiento y el de enriquecimiento, estos dos tipos definen el modo de

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Se debe observar cmo en esta curva aparecen tanto tensiones negativas de VGS (trabajo en modo de empobrecimiento), como positivas (trabajo en modo de enriquecimiento). La corriente ms elevada se consigue con la tensin ms positiva de VGS y el corte se consigue con tensin negativa de VGS(off). De esta familia de curvas se puede obtener la curva de tras conductancia, que nos indica la relacin que existe entre VGS y ID. sta posee la forma que se muestra en la siguiente curva abajo a la derecha:

Segn se puede apreciar en la curva de tras conductancia de un MOSFET, este tipo de transistor es muy fcil de polarizar, ya que se puede escoger el punto correspondiente a VGS=0, ID=IDSS. Cuando ste queda polarizado as, el transistor queda siempre en conduccin o, normalmente, encendido. ANALISIS Y RESULTADOS

Anlisis DC primera etapa V(th)=3V

Configuracin Darlington Tiene una Conexin de dos transistores BJT conectados en cascada del emisor del primero sale a la base del segundo transistor. El segundo transistor tiene salida por el emisor asa la carga. Los dos transistores al estar conectados en cascada funcionan como un solo transistor con un beta mayor ya que este es igual producto del beta del primero por el segundo.
Ilustracin 1-Curva de tras conductancia
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Vds=0,66V Id=4,1mA

) (

Obsrvese cmo esta curva aparece dibujada en los dos cuadrantes del eje de tensiones. Esto es debido a que el MOSFET puede operar tanto con tensiones positivas como negativas. Por esta razn, la corriente IDSS, correspondiente a la interseccin de la curva con el eje ID, ya no es la de saturacin. Como ocurra con el JFET, esta curva de tras conductancia es parablica y la ecuacin que la define es tambin:

(VCE,IC) (12,5V, 5,025mA) VE=IE*RE VE=(5,025mA)(487) VE=2,447V

VDD-VRD-VDS-VRS=0 VDS= VDD-VRD -VRS VDS=0,66V VG=3,74V VGS=0,56V VDS=0,66V ID=4,01mA R2=985K RS=356 R1=3,3M RD=3,3K VDD=25V Anlisis Segunda etapa DC BJT R3=10K R4=1,436K RC=2K RE(1)=487 Punto Q optimo ( R4=1,437K Anlisis tercera etapa DC BJT DARLINGTON R5=43K ) ( ) =14,95V ( )( )

R6=48,024K RL=40 RE(2)=90 Punto Q optimo (VCE,IC) (12,5V, 451mA) VE=IE*(RE(2)||RL) VE=(451mA)(90||40) VE=12,5V

gos=0,5mS

( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( (

) )

,7

( (

(( ) ((

( )) ) ))

((( 386,76 (( 2,99k

( )))

( )

) ((

( )))

( R6=48,024K Analisis en AC gmo=grs=100ms

( ) ( )

)(

)(

Simulacin de la seales
( )( )( )

)(

)(

)(

)(

)
Ilustracin 2-Seal de entrada mosfet y seal de salida mosfet

( (

) )

( ( (((
) =(((

| |

| | ) )

( )
( ))

( (

( ))) | ( )))

) )

Como se puede observar en la ilustracin 2, hay 2 seales. La de color amarillo es la de entrada, la cual tiene un voltaje pico a pico de entrada de 1 V y la otra seal de color azul es el voltaje pico a pico de salida de 1.6V por lo cual se puede calcular la ganancia de la primer etapa ( )

GANANCIA ETAPA1 (
( ))

))

GANANCIA ETAPA 2 ( ( ) ( )
( ))

Ilustracin 3-seal de entrada BJT y seal de salida BJT

( )

50,8

Como se puede observar en la ilustracin 3, hay 2 seales. La de color azul es la de entrada la cual tiene un voltaje pico a pico de entrada de 60mV y la otra seal de color rojo, es voltaje pico a pico de salida de 4.3V por lo cual, se puede calcular la ganancia de la segunda etapa ( )

GANANCIA ETAPA 3
( ( ) )

Ilustracin 4-seal de entrada Darlington y seal de salida Darlington

Como se puede observar en la ilustracin 4, hay 2 seales. La de color azul es la de entrada la cual tiene un voltaje pico a pico de entrada de 16V y la otra seal de color rojo, es voltaje pico a pico de salida de 16V por lo cual, se puede calcular la ganancia de la tercera etapa ( )

Para nuestra primer etapa de amplificacin con MOSFET, debemos tener en cuenta que este tipo de transistor es muy susceptible a cambios en , esto se hace variando su resistencia la cual permite controlar la corriente , permitiendo obtener una seal mayor o menor a la salida de la primer etapa. Cuando se trabaja con MOSFET en amplificacin en cascada como primer etapa, se debe amplificar poco la seal de entrada ya que al momento de introducir esta seal a la segunda etapa de amplificacin, mi transistor BJT se saturara fcilmente lo cual no es conveniente ya que a la salida del BJT su seal estar muy distorsionada y con una buena ganancia, sin embargo la idea es obtener una buena amplificacin pero garantizando que esta no presente distorsin o esta sea muy leve. Para garantizar una buena seal, debemos ir variando los valores de la cual nos permite controlar la corriente y a medida que esta aumente o disminuya as mismo ser su y as mismo ser la seal de salida, adems debemos tener en cuenta que para la segunda etapa se debe elegir un capacitor de desacople, que garantice que desacople la seal de emisor pero hasta un punto en el que el voltaje de salida sea lo suficiente en amplificacin y adems no presente distorsin o esta sea muy leve, de este capacitor depende la calidad en la seal de salida Si observamos bien lo valores de los voltaje de entrada y salida de ambas etapa nos damos cuenta que para la primer etapa el voltaje de salida difiere del de entrada en tan solo 1,2V, esto se hace con el fin de garantiza una buena seal que no sea tan grande al momento de ser introducida a la segunda etapa, de esta forma yo garantizo que no saturare mi BJT y que mi seal de salida del BJT ser buena y con poca distorsin Por otro lado, logramos observar que ya en la polarizacin de divisor de voltaje para MOSFET-D, no usamos un condensador de desacople y esto es debido a que ya esta seal se hace inmune a cambios brusco en su entrada y su alta impedancia y adems el hecho de ser controlados por voltajes en me permite una mayor estabilidad de mi punto Q, permitindome trabajar en la zona activa con gran facilidad

Tabla de comparacin de valores Datos VDS VG ID VCE IC VB simulacin 16.31V 3,9V 1,39mA 13,1V 4,1mA 2,71V clculos 10,01V 2,01v 4,1mA 12,5V 5,025mA 3,14V Experimental 0,66V 3,74V 4,1mA 12,56V 4,97mA 3V

CONCLUSIONES En el laboratorio se puedo comprobar la efectividad de los mtodos utilizado para ubicar el punto Q los cuales fueron grficamente y tericamente gracias a las grficas que nos proporciona el fabricante En el laboratorio se cambi la configuracin de auto polarizacin por la divisor de tensin ya que esta me permite garantizar el punto de trabajo optimo del transistor MOSFET, permitiendo manipular el para lograr controlar el voltaje de entrada permitiendo de esta forma poner a trabajar nuestro MOSFET siempre y cuando este voltaje sea mayor al El transistor MOSFET me permite garantizar una alta impedancia de entrada para mi primera etapa de amplificacin evitando ruidos y distorsiones.

Por otro lado logramos concluir que los transistores MOSFET-D (empobrecimiento) presentan igual comportamiento que un JFET, permitiendo trabajarlos en zona activa y logrando una amplificacin mucho ms estable y un punto Q poco variable. A diferencia del JFET el MOSFET es un transistor efecto de campo con compuerta aislada, por otro lado este transistor a diferencia del JFET el cual permite obtener su mxima corriente cuando su , mientras que el MOSFET adems de que los de canal-P son controlados por voltajes negativos y los canal-N por positivos, su corriente mxima se obtiene en un punto donde al variar su
( )

aproximadamente de 350mA, ya que el beta de en esta configuracin es de 3296.7, logrando una buena amplificacin de seal. Para lograr obtener una buena amplificacin no es necesario usar un condensador de desacople entre RE(2) y RL, esto se hace con el fin de obtener realmente la seal completa a la salida.

BIBLIOGRAFIA [1] www.datasheetcatalog.net [2] www.profesormolina.com.ar [3]http://www.parl.clemson.edu/~wjones/371/chips/i ndex.html [4] MALVINO, Albert Paul. Principios de Electrnica. Sexta edicin. Madrid: McGrawHill/Interamericana de Espaa, S. A. U, 2000. [5] BOYLESTAD, Robert L. NASHELSKY, Louis. Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnico

Se concluye que la configuracin Darlington se usa como un seguidor de emisor, esto se hace con el fin de garantizar una seal amplificada en voltaje que es igual tanto en su entrada como en la salida del Darlington y cuando se introduce en el Darlington, obtenemos una amplificacin de corriente suficiente para amplificar 1 W de potencia con el fin de lograr el objetivo inicial de la prctica. En la primer etapa entra una seal de 1V ppk y a su salida obtenemos una seal de 18Vppk con una corriente de

Ilustracin 5-seales amplificadas de todas las etapas