IV-8 ESTABILIDAD EN LA POLARIZACIÓNTanto las características del JFET como del MOSFET varían con latemperatura, tal cual como ya vimos para los BJT. Como veremosen los distintos casos prácticos plateados a continuación, lagráfica ahora nos demostrará una zona de operación comprendidaentre dos curvas límites, una superior y otra inferior. Estosvalores extremos son brindados por el fabricante para cada tipode dispositivo, siendo distintos de uno a otro; pero nuestropunto de operación, como ya se dijo, permanecerá siemprecomprendido entre ambos.

Básicamente podemos encontrarnos con dos tipos de problemasdistintos. Por un lado podríamos realizar un problema deanálisis: teniendo un determinado circuito y las curvas deestabilidad del fabricante, podemos calcular los valores máximosde voltaje y corriente (IDS y VDS) entre los que se encontrarátrabajando nuestra aplicación. Por otro lado podríamos realizarun problema de diseño: teniendo un determinado punto Q detrabajo y un porcentaje de variación de la corriente IDSQ,podemos llegar a los valores de los componentes del circuito queharán que nuestra aplicación se comporte de esa manera.

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE ANÁLISIS IV-7:

Para el circuito de la figura hallar VGSQ, IDQ, VDS, VD, VG, VS.Luego, sabiendo que la estabilidad del JFET varía según lagráfica adjunta debajo que nos da el fabricante, extraer losvalores de VDSQ max, VDSQ min, IDSQ max e IDSQ min.

560 1 kΩ

2 kΩ

ID

Solución:

VGS = - ID RS

VGS = - ( 4 mA) (1K)

VGS = - 4 V

Se llega a la solución encontrando el punto de intersección deambas rectas como lo indica la siguiente figura:

En el punto Q:

IDQ =

2.6 mA

VGSQ = - 2.6 V

VDS = VDD - ID ( RS + RD)

VDS = 20 V - ( 2.6 mA )( 1K + 2K)

VDS = 20 V - 11.18 V

VDS = 12.2V

VS = ID RS

VS = ( 2.6 mA ) ( 1K)

VS = 2.6 V

VG = 0 V

VD = VDS + VS

VGS

IDQ = 2.6

VGSQ = -

ID

Punto Q

8

-8

-4

ID = 8 mA VGS

= -8

ID = 4 mA VGS

= - 4

VGS

4

VD = 12.2V

+ 2.6 V

VD = 14.8V

VD = VDD - ID RD

VD = 20 V - (2.6 mA) (2 K)

VD = 14.8V

Si observamos ahora en la gráfica adjunta debajo que nos brindael fabricante, podemos observar dos curvas extremas, entre lascuales se encuentra la curva correspondiente a nuestro caso. Sitrazamos nuestra recta de carga y observamos la intersección deésta con las dos curvas extremas, podemos entonces determinarlos valores máximos y mínimos para VGSQ e IDSQ.

1.8 mA

2.6 mA

3.4 mA

1,8 m A - 2.6 V-3.2 V-6 V

8 mA

VDSQ máx = VDD – IDSQ min (RD + RS) = 14.6 V

VDSQ min = VDD – IDSQ máx (RD + RS) = 9.8 V

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.8 mA / 2.6 mA = 0.3 (30%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD + RS) = 0.8 mA (3 KΩ) = 2.4 V

AVDSQ / VDSQ = 2.4 V / 12.2 V = 0.20 (20 %)

Esta configuración por autopolarización nos permite realizarproblemas de análisis como el anterior, pero no problemas dediseño. Esto se debe obviamente a que no necesitamos polarizarel circuito para un determinado punto de trabajo.

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE ANÁLISIS IV-8:

Hallar VGSQ, IDQ, VD, VS y VDS para la red de la siguiente figura.Luego con las gráficas proporcionadas por el fabricanteencontrar los valores de VDSQ max, VDSQ min, IDSQ max e IDSQ min:

La ecuación de la red esta definida de la siguiente manera:

VG = (470 K) (10 V)

2 M + 470 K

VG = 1.9 V

VGS = VG - ID RS

VGS = 1.9 V - ID (1 K)

2 KΩ

1 KΩ

2 MΩ

470

10 V

ID = 0 mA

VGS = 1.9 V

VGS = 0 V:

ID = 1.9 V

1 K

ID = 1.9 mA

La recta de polarización se interceptará con la curva característica del FET en los puntos:

IDQ = 2.5 mA

VGSQ = - 1.7 V

VD = VDD - ID RD

VD = 10V - (2.5 mA) (2 K)

VD = 5 V

1.9 mA

1.9 V

2.5

-1.7

Punto

VS = ID RS

VS = (2.5 mA) (1 K)

VS = 2.5 V

VDS = VDD - ID (RD + RS )

VDS = 10V - (2.5 mA) (2 K + 1 K)

VDS = 2.5 V

Observando ahora las curvas que nos da el fabricante podemos,tras trazar la recta de carga, determinar los valores máximos ymínimos.

VDSQ máx = VDD – IDSQ min (RD + RS) = 3.7 V

VDSQ min = VDD – IDSQ máx (RD + RS) = 1.3 V

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.4 mA / 2.5 mA = 0.16 (16%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD + RS) = 0.4 mA (3 KΩ) = 1.2 V

AVDSQ / VDSQ = 1.2 V / 2.5 V = 0.48 (48 %)

1.9 V

1.9 mA

2.5 mA

-1.7 V

-1.3 V

-2.1 V

2.1 mA

2.9 mA

-4 V

8 mA

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE DISEÑO IV-9:

Determinar los valores de R1, R2, RD y RS que polarizarán alsiguiente circuito con una IDSQ nominal de 5 mA y VDSQ nominal de6 V, sabiendo que la variación del dispositivo para su IDSQ segúnel fabricante es de un +-10% del valor elegido. Calcular tambiénlos valores máximos y mínimos para VGSQ y las variacionescorrespondientes a IDSQ y VDSQ.

Lo primero que haremos será trazar entonces las curvas características de nuestro dispositivo, tal y como se ve en la imagen de abajo. Luego, debemos unir los dos puntos mediante la recta de carga de nuestro circuito. De ahí podemos concluir que:

IDS = 0 entonces VGS = VGG = 1.65 V

VGS = 0 entonces IDS = VGG / RS

RS = VGG / IDS = 1.65 V / 3.3 mA = 500 Ω

VDD = VDSQ (nom) + IDSQ (nom) (RD + RS)

15 V – 6 V = 5 mA (RD + 500 Ω)

R2

R1

RD

RS

15 V

RD = 1.3 KΩ

Si tomamos que RGG va a ser igual a 1 MΩ:

R1 = RGG / (1 – VGG/VDD) = 1.12 MΩ

R2 = RGG (VDD / VGG) = 9.09 MΩ

Ahora con esto podremos calcular los valores de VDSQ máximos y mínimos:

VDSQ mn = VDD – IDSQ máx (RD + RS) = 5.1 V

VDSQ máx = VDD – IDSQ min (RD + RS) = 6.9 V

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.5 mA / 5 mA = 0.1 (10%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD + RS) = 0.5 mA (1.8 KΩ) = 0.9 V

AVDSQ / VDSQ = 0.9 V / 6 V = 0.15 (15 %)

Debido a las similitudes entre el MOSFET de tipo decremental y el JFET, el análisis para ambos casos es prácticamente el mismo;aunque para el MOSFET de tipo incremental hay algunas diferencias, como veremos a continuación en los siguientes dos ejemplos.

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE ANÁLISIS IV-10:

En el circuito de la figura siguiente calcular los valores del punto de trabajo del MOSFET incremental y luego con las gráficasdel fabricante adjuntas debajo determinar los valores máximos y mínimos entre los que podrá variar la polarización.

1.65 V

3.3 mA

-5 V

-3 V

7 mA

9 mA

5.5 mA

4.5 mA

-1.1V

-0.6V

VGG = (VCC / (R1 + R2)) R1 = 6.67 V

RG = R1 // R2 = 10 KΩ

VGG = VGS + IDS RS V GS = 0IDS = VGG / RS = 6.67 mA IDS = 0VGG = VGS = 6.67 V

Si hacemos interceptar esta recta con las características detransferencia del MOSFET seleccionado (gráfica 2), podemosdeterminar IDSQ, la cual en este caso valdrá 1.3 mA. Por otrolado VGSQ valdrá 5.25 V.

20 V

30 KΩ

15 KΩ

2 KΩ

1 KΩ

1 KΩ

Ahora faltaría calcular VDSQ, la cual se obtiene haciendo:VDSQ = VCC – IDSQ (RD + RS) = 16.1 V

Si vemos en la gráfica del fabricante ilustrada debajo podemosextraer que los valores de VGSQ e IDSQ máximos y mínimos son:

1.9 mA

0.70 mA

4.8 V

5.7 V

6.67 5.25

6.67mA

1.3

Ahora con esto podremos calcular los valores de VDSQ máximos y mínimos:

VDSQ mn = VCC – IDSQ máx (RD + RS) = 14.3 V

VDSQ máx = VCC – IDSQ min (RD + RS) = 17.9 V

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.6 mA / 1.3 mA = 0.46 (46%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD + RS) = 0.6 mA (3 KΩ) = 1.8 V

AVDSQ / VDSQ = 1.8 V / 16.1 V = 0.11 (11 %)

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE DISEÑO IV-11:

Para el circuito de la figura calcular los valores de R1, R2, RS

y RD sabiendo que el MOSFET incremental tiene una corrientenominal IDSQ es 5 mA y una VDSQ nominal de 6 V, con una variacióntípica en su IDSQ de un 10%. Calcular también los valores máximosy mínimos para VGSQ y las variaciones correspondientes a IDSQ yVDSQ.

20 V

Lo primero que haremos será trazar entonces las curvas características de nuestro dispositivo, tal y como se ve en la imagen de abajo. Luego, debemos unir los dos puntos mediante la recta de carga de nuestro circuito. De ahí podemos concluir que:

IDS = 0 entonces VGS = VGG = 15 V

R2

R1

RD

RS

5.5 mA4.5 mA

6.9 V 8.2 V 15 V

10.9 mA

VGS = 0 entonces IDS = VGG / RS

RS = VGG / IDS máx = 15 V / 10.9 mA = 1.38 KΩ

VDD = VDSQ (nom) + IDSQ (nom) (RD + RS)

20 V – 6 V = 5 mA (RD + 1.38 KΩ)

RD = 1.42 KΩ

Si tomamos que RGG va a ser igual a 1 MΩ:

R1 = RGG / (1 – VGG/VDD) = 4 MΩ

R2 = RGG (VDD / VGG) = 1.33 MΩ

Ahora con esto podremos calcular los valores de VDSQ máximos y mínimos:

VDSQ mn = VDD – IDSQ máx (RD + RS) = 4.6 V

VDSQ máx = VDD – IDSQ min (RD + RS) = 7.4 V

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.5 mA / 5 mA = 0.1 (10%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD + RS) = 0.5 mA (2.8 KΩ) = 1.4 V

AVDSQ / VDSQ = 1.4 V / 6 V = 0.23 (23 %)

EJEMPLO TEÓRICO – PRÁCTICO DE ANÁLISIS IV-12:

En el circuito de la figura, correspondiente a un MOSFET de tipoincremental en configuración por retroalimentación, calcular elpunto Q de trabajo para el cual está polarizado y los valores

máximos y mínimos de VGSQ, VDSQ e IDSQ sabiendo que las curvas devariación brindadas por el fabricante son las adjuntas en lasegunda imagen. Calcular también las correspondientesvariaciones para VDSQ e IDSQ.

Como sabemos, para esta configuración VGS =VDS, por lo que:

VCC = IDS RD + VDS

VCC = IDS RD + VGS

Si VGS = 0 entonces IDS = VCC / RD = 6.67 mA

Si IDS = 0 entonces VGS = VCC = 20 V

Trazando la recta de carga y observando la intersección con las curvas en la gráfica que nos da el fabricante:

3 KΩ

1 KΩ

1 MΩ

20 V

De aquí entonces vemos que:

IDSQ = 4.2 mA y VGSQ = 7.3 V

VGSQ = VDSQ = 7.3 V

VGSQ máx = VDSQ máx = 8.2 V e IDSQ min = 3.9 mA

VGSQ min = VDSQ min = 6.4 V e IDSQ máx = 4.5 mA

Si queremos saber cual será la variación de su IDSQ:

AIDSQ / IDSQ = 0.3 mA / 4.2 mA = 0.07 (7%)

Si queremos saber cual será la variación de su VDSQ:

AVDSQ = A IDSQ (RD) = 0.3 mA (3 KΩ) = 0.9 V

AVDSQ / VDSQ = 0.9 V / 7.3 V = 0.12 (12 %)

Si comparamos estos resultados de variabilidad con todos los demás obtenidos, vemos que claramente la polarización con

8.2 V7.3 V6.4 V

4.5 mA4.2 mA3.9 mA

retroalimentación brinda mayor estabilidad al trabajo de nuestrodispositivo. Por otro lado este tipo de polarización solamente nos permitirá realizar problemas de análisis, así como sucedió con la autopolarización del JFET, debido a que se establece el punto Q de manera directa por los valores escogidos de la fuentede tensión y la resistencia de drenador.