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  • 1. ¿Por qué el MOSFET de enriquecimiento ha revolucionado la industria de los ordenadores?• Por su tensión umbral que es ideal para emplearse como dispositivo de conmutación. Cuando la tensión de puerta es mayor que la tensión umbral, el dispositivo conduce. Esta acción de corte-conducción es fundamental en la construcción de circuitos para ordenadores. Un ordenador común utiliza millones de MOSFET de enriquecimiento como conmutadores de conexión-desconexión para procesar datos.
  • 2. Inversor con carga pasiva MOSFET de enriquecimiento con una carga pasiva.La palabra pasiva se refiere a una resistencianormal, como RD.En este circuito, Vin puede ser alta o baja. CuandoVin está en nivel bajo, el MOSFET está en corte y Voutes igual a la tensión de alimentación VDD.
  • 3. Cuando Vin está en nivel alto, el MOSFET conduce y VDDcae a un valor pequeño. Para que este circuito trabajede forma adecuada, la corriente de saturación ID(sat)tiene que ser menor que I(on) cuando la tensión deentrada es igual o mayor que VGS(on). Esto esequivalente a decir que la resistencia en la zona óhmicatiene que ser mucho menor que la resistencia pasivade drenador. Simbólicamente: RDS(on) « R D
  • 4. Este circuito se denomina inversor, ya que latensión de salida es de nivel opuesto a la deentrada. Cuando la tensión de entrada está ennivel alto, la tensión de salida está en nivel bajo.Los circuitos de conmutación son menosexigentes que los amplificadores. Lo único que serequiere en los circuitos de conmutación es quelas tensiones de entrada y de salida se puedanreconocer fácilmente, ya sea en nivel bajo o ennivel alto.
  • 5. Inversor con carga activaLos circuitos integrados (CI) constan de miles detransistores de tamaño microscópico, bipolares o MOS.Los primeros circuitos integrados también incluíanresistencias de carga pasivas. Pero una resistencia decarga pasiva tiene una gran desventaja: su tamaño esmucho mayor que el de un MOSFET. Por ello, loscircuitos integrados con resistencias de carga pasivaseran de mayor tamaño que los que se utilizanactualmente. Alguien encontró una solución alproblema al inventar resistencias de carga activas.Éstas redujeron el tamaño de los circuitos integrados,lo que dio lugar a los ordenadores personales quetenemos hoy día.
  • 6. La idea fundamental fue eliminar lasresistencias de carga pasivas. ¿Pero cómo?La Figura muestra el invento. Sedenomina inversor con carga activa.El MOSFET inferior aún actúacomo un conmutador, pero el MOSFET superior actúacomo una resistencia de valor elevado. Observe que elMOSFET superior tiene su puerta conectada a sudrenador. Por esta razón, se convierte en un dispositivode dos terminales con una resistencia activa de valor:donde VDS(activa) e IDS(activa) son tensiones y corrientes en la zona activa.
  • 7. Para que el circuito trabaje de formaadecuada, la R del MOSFET superior debe sergrande comparada con la RDs(on) del MOSFETinferior. Por ejemplo, si el MOSFET superioractúa igual que una RDde 5 kΩ y el inferior igual que una RDS(on) de667Ω, la tensión de salida será baja.
  • 8. Al ser VGS =VDS, cada punto de trabajo de esteMOSFET tiene que estar en la curva de dosterminales de la figura. Si se comprueba cadapunto de la curva de dos terminales, se veráque VGS =VDS.
  • 9. La curva de dos terminales de la figurasignifica que el MOSFET superior actúa comouna resistencia de valor RD.Este valor cambia ligeramente para losdiferentes puntos. Por ejemplo, en el puntomás alto mostrado en la figura, la curva tieneID =3 mA Y VDS =15 V.
  • 10. El siguiente punto hacia abajoMediante un cálculo similar, el punto más bajodonde ID =0,7 mA y VDS = 5 V, tiene una RD=7,2kΩ.Si el MOSFET inferior tiene las mismascaracterísticas de salida que el superior,entonces tiene una RDS(on) de:
  • 11. CMOSCon el inversor de carga activa, la corriente dedrenador con salida baja es aproximadamente igualpara ID(SAT). Esto puede crear un problema en losequipos que funcionan con baterías. Una forma dereducir la corriente de drenador de un circuito digitales con el MOS complementario (CMOS) que combinaMOSFET de canal n y de canal p.Q1 es un MOSFET de canal p y Q2 es de canal n. Estosdos dispositivos son complementarios; es decir, tienenvalores iguales y opuestos de VGS(th), VGS(on), ID(on), etc. Elcircuito es similar a un amplificador en clase B porqueun MOSFET conduce mientras el otro está en corte.
  • 12. Cuando un circuito CMOS seFuncionamiento básico emplea en una aplicación de conmutación, la tensión de entrada puede ser alta (+VDD) o baja (OV). Si la tensión de entrada es alta, QI está en corte y Q2 conduce. En este caso, el Q2 cortocircuitado lleva la tensión de salida a masa. Por otro lado, si la tensión de entrada es baja, Q1 conduce y Q2 está en corte. Ahora, el Ql cortocircuitado lleva la tensión de salida hasta +VDD. Como la tensión de salida está invertida, el circuito se denomina inversor CMOS.
  • 13. Variación de la tensión de salida con la de entrada Cuando la tensión de entrada es cero, la de salida es alta. Cuando la tensión de entrada es alta, la de salida es baja. Entre estos dos extremos hay un punto de cruce donde la tensión de entrada es igual a +V En este punto, ambos MOSFET tienen las mismas resistencias y la tensión de salida es igual a +VDD /2.
  • 14. Consumo de potenciaLa principal ventaja del CMOS es que su consumo de potencia esextremadamente bajo. La corriente de drenador en el punto Q vienedeterminada por el dispositivo que no conduce. Ya que la resistencia es delorden de MΩs, el consumo de potencia en el punto Q(reposo) se aproxima acero.El consumo de potencia se incrementa cuando la señal de entrada cambia debaja a alta, y viceversa; a medio camino de la transición entre el nivel bajo y elalto, o viceversa, ambos MOSFET están activos. Esto significa que la corrientede drenador se incrementa temporalmente. Como esta transición es muyrápida, sólo existe un pulso breve de corriente. Un dispositivo CMOS disipamás potencia media cuando está en transición que cuando está en reposo.Como los pulsos de corriente son muy cortos, la potencia media disipada esmuy baja en conmutación. De hecho, el consumo medio de potencia es tanpequeño que los circuitos CMOS a menudo se usan para aplicaciones conalimentación por baterías tales como calculadoras, relojes digitales ydispositivos de ayuda a los sordos.
  • 15. FET DE POTENCIAEl uso principal de los MOSFET deenriquecimiento de baja potencia es en circuitosintegrados digitales. No sucede lo mismo paraaplicaciones de alta potencia, en cuyo caso elMOSFET de enriquecimiento es un dispositivodiscreto ampliamente utilizado en aplicacionesque controlan motores, lámparas, disqueteras,impresoras, fuentes de alimentación, etc. Enestas aplicaciones, el MOSFET deenriquecimiento se denomina FET de potencia.
  • 16. Dispositivos discretosLos fabricantes producen distintos tipos de dispositivos, tales como VMOS,TMOS, hexFET, trench MOSFET y waveFET. Todos estos FET de potenciaemplean diferente geometría del canal para aumentar sus limitacionesmáximas. Estos dispositivos tienen limitaciones de corriente desde 1 Ahasta más de 200 A, y imitaciones de potencia desde 1 W a más de 500 W.Nótese que VGS(on) es 10 V para todos estos dispositivos. Al ser físicamentegrandes, requieren valores altos de VGS(on) para asegurar el funcionamientoen la zona óhmica. Como se puede observar, las limitaciones de potenciason considerables, capaces de manejar aplicaciones pesadas comocontrol en automoción, iluminación y calefacción.El análisis de un circuito FET de potencia es igual que para dispositivos depequeña señal. Cuando se excita con una tensión V05(on) =10 V, un FET depotencia tiene una resistencia pequeña R una ID(sat) menor que ID(on)cuando V0 5 =V D5 (On) en la zona óhmica. Como antes, 0 5 (on)garantiza que el dispositivo está funcionando en la zona óhmica y actúacomo una pequeña resistencia.
  • 17. • El FET de potencia a diferencia de los transistores bipolares no tiene escape térmico, y pueden ser conectados en paralelo.
  • 18. FET de potencia como interfase• Los circuitos integrados digitales son dispositivos de baja potencia porque pueden proporcionar sólo pequeñas corrientes de carga. Si se desea usar la salida de un CI para excitar una carga que necesita una gran corriente, se puede emplear un FET de potencia como interfase.
  • 19. La salida del CI digital excita la puerta del FET de potencia.Cuando la salida digital es alta, el FET de potencia es comoun interruptor cerrado. Cuando la salida digital es baja, elFET de potencia es como un interruptor abierto. Una de lasaplicaciones más importantes de los FET de potenciaconsiste en servir de interfase entre CI digitales (MOSFET yCMOS de pequeña señal) y cargas de alta potencia.
  • 20. • Cuando la salida del CMOS tiene valor alto, el FET de potencia actúa como un interruptor cerrado. En este caso, el arrollamiento del motor tiene una tensión de 12 V a su través y el eje gira. Cuando la salida del CMOS es baja, el FET de potencia está abierto y el motor para de girar.
  • 21. Convertidores dc-ac• Cuando hay un fallo repentino de alimentación, los ordenadores dejan de funcionar y se pueden perder datos de gran valor. Una solución consiste en utilizar un sistema de alimentación ininterrumpida (SAl). Un SAl contien euna batería y un convertidor dc-ac. La idea básica es ésta: cuando hay un fallo de alimentación, la tensión de la batería se convierte a una tensión alterna que alimenta el ordenador.
  • 22. Cuando la alimentación falla, se activan otros circuitos ygeneran una onda cuadrada para excitar la puerta. Estaonda conmuta el FET de potencia entre corte y activación.Como aparece una onda cuadrada a través de losarrollamientos del transformador, el arrollamientosecundario puede proporcionar la tensión alterna necesariapara mantener el ordenador funcionando.
  • 23. Convertidores dc-dc• Es un circuito que convierte una tensión continua de entrada en otra tensión continua de salida de valor mayor o menor. El FET de potencia conmuta produciendo una onda cuadrada a través del arrollamiento secundario. El rectificador de media onda y el filtro con condensador a la entrada producen, entonces, la tensión de salida Vout
  • 24. Usando diferentes relaciones de espiraspodemos obtener tensiones de salida que soninferiores o superiores a Vino Para reducir elrizado se puede usar un rectificador de ondacompleta o un puente rectificador.
  • 25. Muestra de FET de Potencia

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