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Electronica transitores efecto de cambio
 

Electronica transitores efecto de cambio

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    Electronica transitores efecto de cambio Electronica transitores efecto de cambio Presentation Transcript

    • CAPITULO Nº 5 TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
      • Las características principales son:
      • La potencia de control es nula, es decir, no se absorbe corriente por el terminal de control.
      • Una señal muy débil puede controlar el dispositivo.
      • La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.
      • Hay dos familias de transistores de efecto de campo: los JFET y los MOSFET. Pese a que el concepto básico de los FET se conocía ya en 1930, estos dispositivos sólo empezaron a fabricarse comercialmente a partir de la década de los 60. Y a partir de los 80 los transistores de tipo MOSFET han alcanzado una enorme popularidad. Comparados con los BJT, los transistores MOS ocupan menos espacio, es decir, dentro de un circuito integrado puede incorporase un numero mayor. Además su proceso de fabricación es también más simple.
    • TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (JFET)
      • Esquema del transistor JFET de canal N
      • Símbolos de los transistores JFET
    • TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
      • También llamado FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR), es un dispositivo de 3 terminales que se utiliza para aplicaciones que se asemejan a la del BJT, aunque hay diferencias también tiene similitudes.
      • La principal diferencia es que el BJT es un dispositivo controlado por corriente mientras que el FET es un dispositivo controlado por voltaje es decir:
      BJT Ib Ic FET Id Gate (G) Vgs + - Voltaje de control Surtidor (S)
    • Clasificación del FET FET JFET (Transistor de Efecto de unión de campo) MOSFET (Transistor de Efecto de campo Metal-óxido semiconductor) De agotamiento (decremental) De enriquecimiento (incremental) Canal n Canal p Canal n Canal n Canal p Canal p
    • a) Canal N Simbología N P P Fuente S (Surtidor) D Drenador G Compuerta
    • b) Canal P Simbología P N N Fuente S (Surtidor) D Drenador G Compuerta
    • Para Vgs =0V; Vds algún valor positivo -En el momento de aplicar Vdd, los electrones serán atraídos al terminal de drenaje, estableciéndose la Id convencional en la dirección marcada. -El flujo de carga se encuentra relativamente sin ninguna restriccion y solo lo limita la resistencia del canal n entre el drenaje y la fuente -La región de agotamiento es aquella que no presenta portadores libres y por tanto es incapaz de soportar la conducción A través de la región Mientras mayor es la polarizacion inversa aplicada, mas ancha es la region de agotamiento. CONSTRUCCION DEL J’FET Vdd G Compuerta Id Is s D P n P e e +
    • Idss= Corriente de Drenaje a la fuente con una conexión de cortocircuito Cuando el Vds aumenta desde cero hasta unos cuantos voltios la corriente Id aumenta. Mientras mas horizontal es la curva, mayor es la resistencia y si Vds aumenta hasta donde parece que las dos regiones de agotamiento se tocan resulta la condicion de ESTRECHAMIENTO. Aumento de la resistencia debido al estrechamiento del canal Idss 0 Vp Vds Nivel de saturación Vgs=0V Resistencia canal N Id
      • Mientras Vds se incrementa mas alla de Vp, la region del encuentro cercano entre las dos regiones de agotamiento se incrementa pero el nivel de Id permanece constante.
      • Por lo tanto una vez que Vds > Vp, el J’FET tiene las caracteristicas de una fuente de corriente.
      • Idss es la corriente máxima de drenaje para un J’FET y esta definida mediante las condiciones de Vgs= 0 V y Vds > I Vp I
      -Esta condicion se lo conoce como Voltaje de Estrechamiento o Vp (PINCH OFF)
    • G Compuerta Id Is s D Vgs=-1V (por ejemplo) Vds>0V Para Vgs<0V En forma análoga como en los BJT tenemos curvas de Ic en función de Vce para diferentes valores de Ib, Se pueden desarrollar curvas de Id En función de Vds para varios niveles de Vgs para JFET Vgs -> voltaje que controla el JFET Por ejemplo colocamos una fuente de -1V entre G y S (compuerta y fuente) P n P e e +
    • *El resultado de aplicar una polarización negativa en la compuerta es alcanzar Un nivel de saturación aun nivel menor de Vds
      • Es decir el nivel de saturación
      • Para Id disminuye y seguirá
      • Disminuyendo mientras Vgs
      • se hace más negativo
      • (observe Figura de Caracteristicas)
      • Además se observa como el Vp
      • continua cayendo en una trayec-
      • toria parabólica conforme Vgs es
      • mas negativo.
      Cuando Vgs=- Vp, Vgs sera lo suficientemente negativo como para establecer un nivel de saturacion que sera en esencia cero miliamperios, por otro lado para todos los propositos el dispositivo ha sido “apagado” Idss 0 Vp Vds Nivel de saturación Vgs=0V Id Región Ohmica Región de saturación Vgs=-1V Vgs=-2V Vgs=-3V Vgs=-4V 5 10 15
    • Resistor controlado por voltaje Resumen para dispositivos de canal N La corriente máxima se encuentra definida como Idss y ocurre cuando Vgs=0V y Vds>=|Vp| + Vdd >=|Vp| - Id =Idss D S G + - Vgs Vgs=0V
    • Vgs>=|Vp| + Vdd - Id =0A D S G + - Vgs Vgs=-Vgg Para los voltajes de compuerta a la fuente Vgs menores que el nivel de estrechamiento la corriente de drenaje es igual a 0A Vgg |Vp|>=|Vgg|>0V Para todos los niveles de Vgs entre OV Y el nivel de estrechamiento, la corriente Id Se encontrará entre 0A y el valor de Idss (0mA < Id < Idss) + Vdd - Id D S G + - Vgs Vgs=-Vgg Vgg
    • NOTESE LAS CORRIENTES TIENEN DIRECCIONES INVERTIDA AL ANTERIOR DISPOSITIVO DISPOSITIVOS CANAL P: Vdd G Compuerta Id Is s D n P n e e + Vds + - + - Vgs=Vgg
    • Para el tipo P, la region de estrechamiento sera mucho mas ancha mediante voltajes crecientes positivos de la compuerta a la fuente Por lo tanto dará como resultado voltajes negativos para Vds. No se debe confundir por el signo menos para Vds, este simplemente indica que la fuente se encuentra a un potencial mayor que el del Drenaje. En el siguiente grafico se observa que para niveles altos de Vds las Curvas suben repentinamente a niveles que parecen ilimitados. El crecimiento vertical indica que ha sucedido un ruptura y que la Corriente a través del canal ahora esta limitado únicamente por el Circuito externo.
    • Idss 0 Vp Vds Nivel de saturación Vgs=0V Id Región ohmica Región de saturación Vgs=1V Vgs=3V Vgs=4V Vgs=5V -5 -10 -15 Vgs=2V Región de ruptura
    • Características de transferencia Para el BJT tenemos: Variable de control Constante Se observa una relación lineal entre Ic e Ib Pero para un JFET esta relación No existe , sino que se aplica LA ECUACIÓN DE SHOCKLEY: Constantes Variable de control
    • El termino cuadrático produce una curva que crece exponencialmente con las Magnitudes decrecientes de Vgs Para resolver problemas en DC aparte de la grafica que resulta de la ecuación SHOCKLEY, habrá que plantear una ecuación de red que relacione las mismas Variables. La solución esta definida por el punto de intersección de las dos curvas. La curva de la característica de transferencia es una grafica de una corriente de Salida en función de una cantidad controladora de entrada. En la curva de la izquierda observe el esparcimiento entre Vgs=0 voltios y Vgs= -1 voltio con aquel entre Vgs=-3 V y el de estrechamiento (Vp= - 4 V). Mientras Vgs se hace mas y mas negativo se observa que la curva decrece Notoriamente (en forma parabólica)
    • Curva de la ecuación de SHOCKLEY Idss 0 Vp Vds Nivel de saturación Vgs=0V Id Región Crtitica Región de saturación Vgs=-1V Vgs=-2V Vgs=-3V Vgs=-4V 5 10 15 -4 8 Id(mA) Vgs 0 Vgs=Vp Id=0mA Idss
    • Aplicación de la ecuación de SHOCKEY Según datos del problema anterior Vgs= -1V , Idss=8mA Vp=-4V Entonces:
    • Y para hallar el valor de Vgs para un nivel de Id: De la misma gráfica anterior se toman los datos Vp=-4V, Id=4.5mA, Idss=8mA
    • Método manual rápido
    • EJEMPLO: Trazar la curva por Idss=12mA y Vp=-6V Los puntos estan definidos por: -6 12 Id(mA) Vgs 0 Vgs=Vp Id=0mA Idss -3 -1.8 3 6
    • PRINCIPIO DE OPERACION DEL NJFET
      • A continuación se explica cómo se controla la corriente en un JFET. Al igual que sucede con los transistores BJT el JFET tiene tres regiones de operación:
      • Región de corte
      • Región lineal
      • Región de saturación
      • Región de corte: la condición de la región de corte es que el canal esté completamente estrangulado en las proximidades de la fuente, lo que sucede cuando la tensión puerta-fuente alcance la tensión de estrangulamiento ( VGS<VP). En este caso ID=0.
      • Región lineal: es la región en que se produce un incremento de la intensidad ID al aumentar VDS. Este incremento es lineal para bajos valores de VDS aunque la linealidad se pierde cuando VDS se acerca a -VP. Para trabajar en la región lineal se deben dar dos condiciones:
      • VGS > VP
      • VGD > VP ;VGS > VP + VDS
      • Estas condiciones equivalen a admitir que el canal de conducción no se estrangula por la zona de deplección en inversa tanto en el extremo de drenaje como en la fuente. El valor que toma la corriente ID es:
      Región de saturación: la región de saturación tiene lugar cuando la tensión entre drenador y puerta alcanza la tensión de estrangulamiento. Para que ello ocurra, el canal N, tiene que estar estrangulado en el extremo cercano al drenaje, pero no en el extremo del canal cercano a la fuente. Entonces, al igual que en el caso anterior, deben ocurrir dos condiciones:
      • VGS > VP
      • VGD < VP ;VGS < VP + VDS
      En este caso la intensidad ID ya no depende de VDS, siendo su expresión
    • Relaciones importantes JFET CONTRA BJT Ig =0A BJT Ib Ic Ie FET Id Gate (G) Vgs + - Voltaje de control Surtidor (S) Is
      • Las prestaciones del transistor MOSFET son similares a las del JFET, aunque su principio de operación y su estructura interna son diferentes. Existen cuatro tipos de transistores MOSFET:
      • Incremental de canal N
      • Incremental de canal P
      • Decremental de canal N
      • Decremental de canal P
      MOSFET
      • La característica constructiva común a todos los tipos de transistor MOS es que el terminal de puerta (G) está formado por una estructura de tipo Metal/Óxido/Semiconductor.
      • El óxido es aislante, con lo que la corriente de puerta es prácticamente nula, mucho menor que en los JFET. Por ello, los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia.
    • MOSFET DE TIPO DECREMENTAL Construcción Básica Una placa de material tipo “p” esta formada a partir de base de Silicio y se la conoce como sustrato Este tipo de mosfet tiene caracteristicas similares a aquellas de un JFET entre el corte y la saturación en Idss, pero luego tiene el rasgo adicional de caracteristicas que se extienden hacia la region de polaridad opuesta para Vgs Drenaje D Región dopada N Compuerta G Fuente S Sustrato P n n n
    • La compuerta se encuentra conectada a una superficie de contacto metálico pero permanece aislada del canal n por una capa de dióxido de silicio (Si O 2 ). La fuente y el drenaje se conectan a la region dopada n por medio de contactos metálicos y unidas por un canal n. Debido a la presencia de Si O 2 se revela lo siguiente : No existe conexión eléctrica entre la compuerta y el canal de un Mosfet. Se debe a esta capa aislante que se explica la alta impedancia, muy deseable por cierto. La muy alta impedancia de entrada, continua soportando totalmente el hecho de que la corriente de la entrada (Ig) en esencia de valor cero amperios, para las configuraciones de polarizacion en DC.
    • Operación y características (Canal n): Sustrato P n n n Vdd D G S + - SS Id=Is=Idss
    • Idss Id(mA) CURVAS CARACTERISTICAS PARA MOSFET DECRECEMENTAL canal N 0 Vp Vds Vgs=0V Id Vgs=-1V Vgs=-2V Vgs=-3V Vgs=-4V 5 10 15 Vgs =1V -4 8 Vgs 0 Vp/2 -3 -2 -1 Modo De agotamiento 10.9
    • Mosfet tipo decremental de canal P SS Id + - Vgs
      • El sustrato es del tipo “n” y el canal del tipo “p”.
      • Los terminales aparecen marcados pero todas las polaridades y las direcciones
      • de las constantes están invertidas.
      • La curva de salida Id Vs Vds tiene valores positivos de id y negativos de Vds
      • con niveles de Vgs positivos.
      Drenaje D Región dopada N Compuerta G Fuente S Sustrato n p p p
    • CURVAS CARACTERISTICAS PARA MOSFET DECRECEMENTAL canal P -6 6 Id 0 Vp/2 -3 -2 -1 Vgs 0 Vp Vds Vgs=0V Id Vgs=1V Vgs=2V Vgs=3V Vgs=4V 5 10 15 Vgs =-1V
    • Simbolos PARA MOSFET DECREMENTAL : Canal n Canal p SS D S D S D S S D S G G G G
    • MOSFET tipo incremental Existe una diferencia marcada que es la Ausencia de un canal entre las regiones Dopadas n Construcción básica canal -n Drenaje D Compuerta G Fuente S Sustrato P n n Contactos metálicos Región dopada -n
    • Operación básicas y características *Según el gráfico Vgs= 8V, la saturación ocurrió en el nivel Vds=6V y por tanto *Para valores de Vgs menores de nivel de Umbral la corriente de drenaje es 0 Para los niveles de Vgs> Vt, la corriente De drenaje esta dada por D G S n n Ig=0 + + + - - Is=Id + - Vsd Id ss 0 Vp Vds Vgs=7 Id Vgs=6V Vgs=5V Vgs=4V Vgs=3V 5 10 15 Vgs =8V
    • 2 7 Id (mA) 6 5 5 6 7 Vds 0 Vp Vds Vgs=7 Id Vgs=6V Vgs=5V Vgs=4V Vgs=3V 5 10 15 Vgs =8V
    • MOSFET tipo incremental canal p ss 0 Vp Vds Vgs=-7 Id Vgs=-6V Vgs=-5V Vgs=-4V Vgs=-3V 5 10 15 Vgs =-8V -8 Vgs Id Drenaje D Compuerta G Fuente S N p p Contactos metálicos Región dopada -n
    • Simbología D Canal n Canal p D S ss D S D S ss ss ss D S