Amplificadores com JFETS

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

Para compreender o conceito de amplificação, considere que no circuito da figura 1, amplificador fonte comum, o JFET é o 2N4393 cujas curvas características são conhecidas. Na entrada, a tensão da bateria V_GG polariza a porta em -1V (V_GSQ = -1V). Os outros valores quiescentes (V_DSQ e I_D ) 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

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

Para I_D=0 V_DS=10V (primeiro ponto - eixo X) e para V_DS=0 I_D=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:

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 (V_DS=2,3V I_D=19,2mA V_GS=-0,75V ) e B(V_DS=5,4V I_D=11,4mA V_GS=-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:

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 (I_DxV_GS). Na figura 3 essa curva esta representada juntamente com um sinal de 0,5Vpp de pico a pico aplicado ao redor do ponto quiescente V_GSQ=-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:

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 V_GSQ= -1V

A saída é 6,2 vezes maior do que a entrada e defasada de 180^o. 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

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, V_GSQ= -2V e o sinal aplicado continuar tendo amplitude de 0,5V_PP, 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 V_GSQ= -2V

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 V_GSQ=-1V desenhar a reta de carga do dreno, a intersecção entre os dois gráficos determina o ponto Q.

A fonte V_GG 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, V_GS= - R_S.I_D considerando que a corrente reversa é nula.

Para o circuito da figura 7 são validas as equações: V_GS= - R_S.I_D e V_DS=V_DD– (R_S+R_D).I_D