Slide Polarização Cc - Fets-2022 1

ELETRÔNICA ANALÓGICA Prof. Dr. René Pastor Torrico Bascopé Capítulo III. Transistores de Efeito de Campo (FETs) Polarização CC - FETs Introdução Geral Polarizar um transistor FET significa permitir uma operação adequada numa determinada aplicação (como chave ou como amplificador de sinal). Por exemplo, como chave deve operar entre a região ôhmica e a região de corte, para que ocorra isso, os componentes periféricos ao FET devem ser ajustados. Já como amplificador de sinal deve operar na região de saturação e também os componentes periféricos devem ser ajustados. A polarização CC em circuitos amplificadores de sinais, significa definir um ponto de operação “Q” dentro da área da relação ID=f(VDS). A frequência da fonte de tensão contínua é zero (f=0Hz), portanto, a reatância capacitiva é infinito (XC=∞) que implica que o capacitor se comporta como um circuito aberto. XC=1/(2πfC) Introdução Geral No FET a corrente de dreno ID é controlado pala tensão aplicada entre porta e fonte VGS. As relações gerais que podem ser aplicadas à análise CC dos amplificadores a FET são: Para os JFETs e para os MOSFETs tipo depleção, a equação de Schockley relaciona as variáveis de entrada e saída: Para o MOSFET tipo intensificação, a seguinte relação é aplicável: JFETs Configuração com Polarização Fixa Circuito amplificador com JFET canal n. Circuito de análise CC. Análise do Laço Porta-Fonte: Análise do Laço Dreno-Fonte: Substituindo VGS na equação de Schockley, determina-se IDQ; JFETs Configuração com Polarização Fixa Curva de Transferência: Método Gráfico: JFETs Configuração com Polarização Fixa Exemplo: JFETs Configuração com Polarização Fixa Determinar: JFETs Configuração com Autopolarização Circuito amplificador com JFET canal n. Circuito de análise CC. JFETs Configuração com Autopolarização Então, Usando a Eq. de Schokley, Simplificando, resulta uma Eq. de segundo grau que deve ser resolvido. Determinado IDQ é possível encontrar, VGSQ, VDSQ, VDQ, VSQ, etc. Análise do Laço Porta-Fonte: JFETs Configuração com Autopolarização Solução gráfica para encontrar o ponto “Q” Análise do Laço Dreno-Fonte: JFETs Configuração com Autopolarização Exemplo: Determinar: JFETs Polarização por Divisor de Tensão Circuito amplificador com JFET canal n. Circuito de análise CC. JFETs Polarização por Divisor de Tensão Análise do Laço Porta-Fonte: Usando a Lei de tensões de Kirchhoff, Usando a Eq. de Schokley, Simplificando, resulta uma Eq. de segundo grau que deve ser resolvido. Determinado IDQ é possível encontrar, VGSQ, VDSQ, VDQ, VSQ, etc.   2 1 G D S D DSS P V I R I I V          JFETs Polarização por Divisor de Tensão Solução gráfica para encontrar o ponto “Q” Análise do Laço Dreno-Fonte: Exemplo: JFETs Polarização por Divisor de Tensão Determinar: JFETs Configuração Porta-Comum Circuito amplificador configuração porta-comum. JFETs Configuração Porta-Comum Análise do Laço Porta-Fonte: Usando a Eq. de Schokley,   2 1 SS D S D DSS P V I R I I V          Simplificando, resulta uma Eq. de segundo grau que deve ser resolvido. Determinado IDQ é possível encontrar, VGSQ, VDSQ, VDQ, VSQ, etc. JFETs Configuração Porta-Comum Solução gráfica para encontrar o ponto “Q” Análise do Laço Dreno-Fonte: Exemplo: JFETs Configuração Porta-Comum Determinar: MOSFETs TIPO DEPLEÇÃO Polarização por Divisor de Tensão Exemplo: Determinar: MOSFETs TIPO DEPLEÇÃO Configuração com Autopolarização Exemplo: Determinar: MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Características Gerais Curva Característica de Transferência: A folha de dados fornece geralmente, e Então, determina-se a constante k: MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização com realimentação Circuito amplificador com MOSFET tipo intensificação canal n. Circuito de polarização CC. MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização com realimentação Análise do Laço Porta-Fonte: A partir da análise do laço Dreno-Fonte, sabe-se: Então: Substituindo na Eq. de transferência:   2 D DD D D GS( Th ) I k V I R V        Simplificando, resulta uma Eq. de segundo grau que deve ser resolvido. Determinado IDQ é possível encontrar, VGSQ, VDSQ, VDQ, VSQ, etc. MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização com realimentação Solução gráfica para encontrar o ponto “Q” Análise do Laço Dreno-Fonte: MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização com realimentação Exemplo: Determinar: MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização por Divisor de Tensão Análise do Laço Porta-Fonte: Aplicando a Lei de Kirchhoff, Então: Substituindo na Eq. de transferência: Simplificando, resulta uma Eq. de segundo grau que deve ser resolvido. Determinado IDQ é possível encontrar, VGSQ, VDSQ, VDQ, VSQ, etc.   2 D G D D GS( Th ) I k V I R V        MOSFETs TIPO INTENSIFICAÇÃO Polarização por Divisor de Tensão Exemplo: Determinar: Circuitos Combinados Exemplo: Determinar: and VC Circuitos Combinados Exemplo: Determinar: and VC Critérios de Projeto Primeiro Passo: Conhecer o Transistor FET (O exemplo é feito para o MOSFET tipo intensificação canal n) Critérios de Projeto ELECTRICAL CHARACTERISTICS (T_C = 25°C unless otherwise noted) Characteristic Symbol Min Max Unit OFF CHARACTERISTICS Drain–Source Breakdown Voltage (V_GS = 0, I_D = 10 μAdc) V_(BR)DSS 60 – Vdc Zero Gate Voltage Drain Current (V_DS = 48 Vdc, V_GS = 0) (V_DS = 48 Vdc, V_GS = 0, T_J = 125°C) I_DSS – 1.0 μAdc – 1.0 mAdc Gate–Body Leakage Current, Forward (V_GSF = 15 Vdc, V_DS = 0) I_GSSF – –10 nAdc ON CHARACTERISTICS (Note 1) Gate Threshold Voltage (V_DS = V_GS, I_D = 1.0 mAdc) V_GS(th) 0.8 3.0 Vdc Static Drain–Source On–Resistance (V_GS = 10 Vdc, I_D = 0.5 Adc) (V_GS = 4.5 Vdc, I_D = 75 mAdc) r_DS(on) – 5.0 Ω – 6.0 Drain–Source On–Voltage (V_GS = 10 Vdc, I_D = 0.5 Adc) (V_GS = 4.5 Vdc, I_D = 75 mAdc) V_DS(on) – 2.5 Vdc – 0.45 On–State Drain Current (V_GS = 4.5 Vdc, V_DS = 10 Vdc) I_D(on) 75 – mAdc Forward Transconductance (V_DS = 10 Vdc, I_D = 200 mAdc) g_fs 100 – μmhos DYNAMIC CHARACTERISTICS Input Capacitance (V_DS = 25 V, V_GS = 0, Output Capacitance f = 1.0 MHz) C_iss – 60 pF Reverse Transfer Capacitance C_oss – 25 C_rss – 5.0 SWITCHING CHARACTERISTICS (Note 1) Turn–On Delay Time (V_DD = 15 V, I_D = 500 mA, R_G = 25 Ω, R_L = 30 Ω, V_gen = 10 V) t_on – 10 ns Turn–Off Delay Time t_off – 10 Critérios de Projeto Nota: No projeto as curvas características fornecidas pelo fabricante não ajudam para fazer o projeto do amplificador, pois as mesmas foram pensadas para operar como chave. Portanto, deve ser usado o software ORCAD. Critérios de Projeto Segundo Passo: Definir a área de operação do MOSFET 2N7000 usando ORCAD e outros programas. VDS 0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 16V 18V 20V ID 0A 50mA 100mA 150mA 200mA 250mA Q (IDQ, VDSQ) (33.4mA, 4V) VGS=4.5V VGS=4.25V VGS=4.0V VGS=3.75V VGS=3.5V VGS=3.25V VGS=3.0V VGSQ=2.75V P=350mW R1 1m 0 0 V1 0Vdc V2 0Vdc 0 M1 M2N7000 V I DC Sweep: V1:0; 20; 0.01 V2:0; 4.5; 0.25 Critérios de Projeto Terceiro Passo: Conhecer o circuito amplificador, montar as equações e calcular os valores Neste exemplo é considerado o circuito amplificador com MOSFET tipo intensificação canal n, na configuração por divisor de tensão. A partir do ponto de operação do gráfico são determinado, IDQ, VDSQ e VGSQ. Cujos valores são: IDQ=33,4mA; VDSQ=4V; VGSQ=2,75V Assumir VS=2V para calcular RS, assim VG=2V+2,75V=4,75V VG Assumindo R1=100M e aplicando divisor resistivo, encontra-se R2. R1=100M; R2=31.15M RS=59.88; RD=419.16 Os FETs como Chave Time 16.00ms 16.02ms 16.04ms 16.06ms 16.08ms 16.10ms 16.12ms 16.14ms 16.16ms 16.18ms 16.20ms VDS 0V 10V 20V ID 0A 0.5A 1.0A VGS 0V 5V 10V 15V Tensão Porta-Fonte Corrente de Dreno Tensão Dreno-Fonte R1 37.6 0 0 V1 20Vdc M1 M2N7000 V2 TD = 0 TF = 100ns PW = 20us PER = 50us V1 = 0 TR = 100ns V2 = 10 R2 1m 0 + - VGS + - VDS ID Para não ultrapassar a corrente de dreno pulsada recomendada pelo fabricante do MOSFET, o resistor R1 deve ser valores maiores que 37.6. Perda por Condução: 2 FET( condução ) DS( on ) D( eficaz ) P R I   Os FETs como Chave VDS 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30V ID 0A 0.4A 0.8A 1.2A 1.6A 2.0A 2.4A VGS=10V VGS=9V VGS=8V VGS=7V VGS=6V VGS=5V VGS=4V VGS=3V VGS<2V IDQ=0.5A VDSQ=1.2V REGIÃO ÔHMICA ID VDS Como chave o MOSFET tipo intensificação 2N7000 opera na linha vermelha entre a região ôhmica e o corte quando a tensão Porta-Fonte é menor ou igual que VGS≤2V. 2 2 2 75 0 8 DS DS( on ) D V , R , I ,       Fim Conteúdo do Programa: Aula 16 Aula 17 Aula 18