TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET) El transmisor de

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET)
El transmisor de efecto de campo(fet) es un dispositivo de 3 terminales . El transistor JFET es
un dispositivo controlado por voltaje. Para el FET la corriente Ia será un función de voltaje VGS
aplicando al circuito de entrada como se observa en la siguiente figura.
ID
FET
+
-
VGS (voltaje de control)
L a I del circuito de salida esta controlado por parámetro del circuito de in.
Hay transistores FTE de canal N y de canal P. El FET es un dispositivo que depende únicamente
de la conducción o bien, de electrones ( canal n) o de huecos (canal p).
CONSTRUCCION Y CARACTERISTICAS DE LOS JFET
La construcción básica del JFET de canal n obsérvese que la mayor que la mayor parte de la
estructura es del material de tipo n que forma el canl entre las capas interiores del material
tipo P.
DRENAJE (D)
CONTACTOS OHMICOS
CANAL N
P
COMPUERTA (G)
REGION DE AGOTAMIENTO O FUENTE (S)
N
P
La parte superior del canal tipo n se encuentra conectada por medio de un contacto óhmico a
la terminal referida como el drenaje (d), mientras quie el extremo por medio de un contacto
óhmico a una terminal referido como la fuente (s), conectados entres si y también a una
terminal de compuerta g.
Por tanto el drenaje y la fuente se hallan conectados a los extremos del canal del tipo n y la
entrada a las dos capas de material tipo p.
Durante la ausencia de cualquier potencial el JFET tiene dos emisiones p-n bajo condiciones
sin polarización. El resultado es una región de agotamiento en c/ unión, lo cual se asemeja a la
región de un diodo de polarización.
La región de agotamiento es aquella que no presenta portadores libres y es por tanto, incapas
de soporta la conducción a través de la región.
Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET.
DIBUJO DE UNA LLAVE
La compuerta mediante una señal aplicada (potencia), controla el flujo de electrones hacia el
drenaje.
S
D
Q2
Q1
G
2N3967
2N5114
G
canal N
S
canal P
Característica y Parámetros del JFET.
VGS =0
VDS algún valor positivo
En la siguiente figura se a aplicado un voltaje positivo VDS a través del canl y la entrada se
conecto directamente a la fuente con objeto de establecer la condición VGS=0. A medida que
VDD (por tanto VDS) se incrementa desde cero la Id crece proporcionalmente como se
muestra en la grafica entre los puntos A y B. En esta región, la resistencia del canal es
esencialmente cte.; pues la región de empobrecimiento no es suficientemente grande para
tener un efecto significativo. Esta región se denomina óhmica porque ID y VDS están
relacionados por la ley de ohm.
En el punto B de la grafica los niveles de la curva se estabilizan en Id se vuelve esencialmente
cte.; cuando VDS crece desde el punto B hasta el punto C.
ESTRANGULAMIENTO
Para VGS=0, EL VALOR DE VDS al que Id se vuelve esencialmente cte. (punto B de la grafica),
es el voltaje de estrangulamiento, Vp.
Para un JFET dado, Vp tiene un valor fijo. Como se puede observar, un incremento continuado
en VDS, por arriba del voltaje de estrangulamiento produce una corriente de drenaje casi
constante, el valor de esta Id es Idss (corriente de drenaje a la compuerta en corto) y siempre
se especifica en la hojas de datos de los JFET. Idss es la máxima Id que un JFET es capas de
producir sin importar el circuito externo, y siempre se especifica par al condición VGS=0 V.
Al continuar sobre la grafica, la ruptura ocurre en el punto c cuando Id empieza a crecer muy
rápido con cualquier incremento adicional en VDS. L ruptura puede dar por resultado el daño
irreversible del dispositivo, de modo que los JFET siempre se operan por debajo de la ruptura y
dentro de la región de I cte.
DRENAJE (D)
ID
P
P
+
VDS
COMPUERTA (G)
BAT1
VDD
-
REGION DE AGOTAMIENTO
S
Is
R1
RD
0R1
VGA
Id
BAT1
VDD
VDS
Q1
2N3458
VGS=0
Id
B
Idss
REGION DE CORRIENTE CTE.
VGS=0
C
A
0
VDS
REGION OHMICA
Vp (voltaje de estrangulamiento)
El VGS controla la IA.
Ahora se conectara un voltaje de polarización VGG, de la compuerta de la fuente a medida
que VGS se establece en valores c/v mas negativas mediante el ajuste de VGS, se obtiene una
familia de curvas características del drenaje como se observa en la siguiente grafica.
R1
Q1:A
1k
2N3958
VGG
BAT2
BAT1
9V
1V
IA
IDSS
VGS=0V
VGS=-O.5V
VGS=-1
VGS0-2V
VGS=-3
VGS=-4V
VDS
VP
Observe que ID decrece a medida que la magnitud de VGS se incrementa a valores C/V mas
negativos. También observe que , por el incremento en VGS, que por c/ incremento en VGS, el
JFET alcanza el estrangulamiento a valores de VDS mayores que VP. As la cantidad de ID es
controlada por VGS.
CORTE
El valor de VGS que hace a ID aprox. Cero es el valor de corte, VGS(apag). El JFET debe ser
operado entre VGS=0 y VGS (apag). Para este rango de voltajes de la compuerta a la fuente, ID
variara desde un máximo de IDSS. Hasta un mínimo a cero.
Para un JFET de un canal N, mientras más negativa sea. VGS menor se vuelve ID en la región
de I cte; cuando VGS asume un valor negativo suficientemente grande, IA se reduce a cero.
Este efecto de corte es provocado por el ensanchamiento de la región de empobrecimiento
hasta un punto en el que cierra por completo el canal.
-VGS (apag) y VP siempre son iguales en magnitud pero de signo opuesto. En una hoja datos
por lo general se proporciona VG(apag) o VP, pero no ambos. Sin embargo, cuando se conoce
uno también se conoce el otro.
Por ejemplo:
VGS (apag)=-5
VP=+5V
Ejemplo:
1 Para un JFET, el VGS (apag)=-4v e IDSS=12m A. Determine el valor mínimo de VDD necesario
para colocar el dispositivo en la región de operación de cte.
+
Q1
R1
2N3458
-
VDD-VRD-VDS=0
560R
VDD=VRD+VDS
BAT1
VDD
Como VGS (apag) =-4V por lo tanto VP=4v
El valor mínimo de VDS para que el JFET se encuentre en la región de I cte. Es :
VDS=VP =4V
En la región de I cte; con VGS=0v
ID=IDSS =12m A
La caída a través del resistor del drenaje es
I=V/R VRD=(12m A)(560 ohm)= 6.72v
Al aplicar la ley de kirchoff alrededor del circuito del drenaje se obtien
VDD= VDS+ VRD
VDD=4V+ 6.72V= 10.72V
Este es el valor de VDD para obtener VDS=VP y colocar el dispositivo en la región de I cte.
EJERCICIO.
2.- Si VDD se incrementa 15V, ¿Cuál es la corriente de drenaje?
I=V/R =15V/560OHM= 26m A
3.- Un JFET particular de canal P tiene un VGS (apag) =4v ¿Cuál es el valor de Id cuando
VGS=6V?
El JFET de canal? Requiere un voltaje de compuerta a fuente positivo mientras mas positivo
sea, menor la corriente del drenaje. Cuando VGS= 4v, la Id es 0. Cualquier incremento
adicional en VGS mantiene en corte al JFET y si, la Id se mantiene en 0.
CARACTERISTICAS DE TRANSFERENCIA DEL JFET
De las anteriores ya podemos comprender que un rango de valores de VGS, desde 0 hasta
VGS (apag), controla la cantidad de corriente de drenaje.
Para un JFET de canal N, EL VGS(apag) es negativo y para uno de canal P, el VGS(apag) es
positivo. Como VGS controla a IA, la relacion entre estas dos cantidades es muy importante, y
se ilustra en la siguiente grafico.
ID
IDSS
.
-VGS
.
VGS (apag)
ID=0 cuando VGS = VGS (apag)
ID=IDSS cuando VGS=0
ID=IDSS (1-VGS/VGS (apag))
0
Con la ecuacion anterior la Id puede determinarse para cualquier VGS si se conocen IDSS y
VGS (apag).En virtud del termino cuadrático en la ecuacion a los JFET y los MOSFET a menudo
se les conoce como dispositivos de ley cuadrática.
EJEMPLO: La hoja de datos para un JFET indica que IDSS=15m A y VGS(apag)=-5v . Determine
la ID para VGS=0V, -1V Y -4V.
SOLUCION
Para VGS0=0V, ID=IDSS= 15m A
Para VGS=-1V
ID=IDSS(I-VGS/VGS(APAG))2 0(15m A)(1-1V/-5V)
ID=(15m A )(1-0.2)2= (15m A)(O.64)= 9.6m A
TRANSDUCTANCIA DIRECTA DEL JFET
La transconductancia directa gm, es el cambio en la corriente del drenaje (AID) pa ra un
cambio dado en el voltaje de la compuerta a la fuente (AVGS), con el voltaje del dranje ala
fuente constante. Se expresa como una razón y sus unidades son siemens(S).
Gm=AID/AVGS
Otras designaciones comunes para este parámetro son Gfs y Yfs (admitancia de transferencia
directa). Gm es muy importante en los amplificadores FET como factor primordial para
determinar la ganancia en voltaje.Debido a que la curva característica de transferencia
(transconductancia) de un JFET es no lineal. Como se puede observar en la siguiente figura el
valor Gm mayor cerca del extremo superior de la curva( cerca de VGS=0), Y gm es menor en la
parte inferior.
IA
IDSS
AID2= gm 2 =AID2/AVGS
.
.
-VGS VGS (APAG)
)
)
gm 2>gm1
AID1= gm1= AID1/AVGS
0
gm = gm 0 (1- VGS/VGS(APAG))
En las hojas de especificación suele proporcionarse el valor gm medido en VGS=0V es decir
(gmo).
Cuando no se dispone de un valor de gm0 es posible calcularlo usando valores de IDSS y VGS
(apag). Las rectas verticales indican un valor absoluto (sin signo).
Gm0 = 2IDSS/VGS (apag).
En la hoja de datos de un JFET se proporciona la siguiente información IDSS= 20 m AVGS
(apag)=-8v y gm0=4000US.
Determine la transconductancia en directa para VGS=-4V y encuentre ID en este punto.
1.- gm se calculo
Gm=gm0 (1-VGS/VGS (apag))
= (1000u S) (1-(-4V)/ (-8))= 2000u S
2.- Se calcula ID en VGS=-4V
ID=IDSS(I-(VGS)/VGS(apag))2
=20m A (1-(-4)/(-8)2= 5m A.
EJERCICIO
Un JFET dado tiene las dos siguientes características: IDSS=12m A, VGS(apag)=-5v cuando
VGS=-2V.
Gm=gm0 (1-(VGS)/VGS (apag)) = 1800u S
ID=IDSS (1-(VGS)/VGS (apag)) 2= 4.32m A.
RESISTENCIA Y CAPACITANCIA DE ENTRADA.
Un JFET opera con su unión GS polarizada en inversa. Por tanto, la resistencia de entrada en la
compuerta es muy alta. Las hojas de datos de los JFET especifican para la corriente inversa de
compuerta la Igss en cierto VGS. La resistencia de entrada puede entonces determinarse
usando la siguiente ecuacion.
RENT= VGS/Igss
La capacitancia de entrada Ciss de un JFET es considerablemente con respecto al BJT pues el
JFET opera con una unión pn polarizado en inversa recuerde que una unión PN polarizada en
inversa funciona como un capacitor cuya capacitancia depende de la cantidad de voltaje
inverso.
EJEMPLO:
Un JFET tiene un ma Igss de 1 m A para VGS=-20V. Determine la resistencia de entrada
RENT=VGS/Igss =20v/1m A=20 000 u ohm.
EJERCICO
Determine la resistencia de entrada para cualquiera de las hojas de especificación que
conseguiste.
RESISTENCIA DEL DRENAJE A LA FUENTE
Y a se aprendió de la curva característica de drenaje que, por arriba de la región de
estrangulamiento, la ID es relativamente etc. Dentro de un rango de voltaje drenaje- fuente
(VDS).
La razón de estos cambios es la resistencia drenaje-fuente del dispositivo RDS.
Las hojas de datos especifican frecuencia a este parámetro como conductancia de salida, Yos.
Los valores típicos para RDS son el orden de varios k ohm.
Método manual grafico para trazar la curva de transferencia.
Se puede trazar una curva de transferencia con un nivel satisfactorio de precisión utilizando
simplemente 4 puntos definidos en la siguiente tabla.
VGS
0
0.3VP
0.5VP
VP
ID
IDSS
IDSS/2
IDSS/4
0m A
EJEMPLO:
Trazar la curva definida por Idss=12m A Y VP=+6V.
IDSS=12m A
Vgs=0v
Id= 0m A
VGS=VP=-6V
0.3VP
IDSS/2
0.3(-6V) =-1.8V
12m A/2=6m A
0.5VP
IDSS=3m A
0.5(-6V)=-3V
.
IDSS=12m A
.
.
.
VGS
VGS=VP0-6V
EJERCICIO: Traza la curva de transferencia para el
JFET cualquiera de las hojas técnicas que conseguiste.
POLARIZACION DEL JFET
El objeto de la polarización es elegir el VGS apropiado a fin de establecer un valor deseado de
ID. Existen 2 tipos primordiales de polarización; los de auto polarización y los de polarización
mediante divisor de voltaje.
AUTOPOLARIZACION
Los circuitos de auto polarización para los JFET son los siguientes.
+VDD
-VDD
R2
R6
1k
RG
Q2
2N2608
2N2608
+
R5
R1
RG
1k
ID
+
-
+
R3
RD
Q1
IGSS
1k
1k
RD
-
1k
R4
RS
+
CANAL P
CANAL N
IS=ID EN TODOS LOS JFET
ID
1k
L a compuerta esta polarizada aproximadamente a 0v, por el resistor RG conectado a tierra. La
corriente de fuga inversa IGSS produce un voltaje muy pequeño en RG como se indica aunque
en rango mayor parte de los casos es posible despreciarlo.
Formulas para calcular algunos elementos en los JFET.
VS=ID *RS
VGS= -ID* RS
VD= VDD-ID*RD
VDS=VD-VS
VDS= VDD- ID (RD+RS)
EJEMPLO:
Encuentre VDS y VGS del siguiente circuito dado que ID= 5m A
+10 V
VDS=VD- VS
VD=VDD- ID * RD
R2
1k
RD
VD=10V- ( 5m A ) (1K OHM)
Q1
2N2608
VD=10V -5V=5V
R3
R1
1k
470R
RS
VS=ID * RS= 5m A (470 ohm )
VS=2.35V
VDS=VD - VS=5V - 2.35V= 2.65 V
VGS= -ID * RS = 5m A (470 ohm ) = -2.35V
EJERCICIO:
Determine VDS y VGS del siguiente circuito.
+ 12V
R3
820R
Q1
2N2608
R1
R2
1k
390R
ESTABLECIMIENTO DEL PUNTO Q DE UN JFET POLARIZADO
El método básico para establecer un punto de polarización para el JFET es determinar la ID
para un valor deseado de VGS y calcular enseguida el valor requerido de RS.
RS= VGS/ID
Para un valor deseado de VGS, la ID puede determinarse en cualquiera de estas 2 formas.
A partir de la curva característica de transferencia para un JFET particular o utilizando la
formula.
ID= IDSS( 1- VGS/VGS(apag))2
Ejemplo: determina en el valor RS requerido para auto polarizar a un JFET, en VGS =-5V y
VGS(apag)=-10v, IDSS=25m A ; B)VGS=-3V
Ejercicio
Determina el valor de Rs requerido para autopolarizar a un JFET utilizando su curva de
transferencia. Nota que usen una que puedan recortar.
Verificar con las formulas.
Polarización en el punto medio
A menudo es deseable polarizar un JFET cerca del punto medio. Para ellos se utiliza la siguiente
fórmula para calcular ID.
ID= 0.50 Idss
VGS= VGS (apag)/3.414
Tarea determinar Rs requerido para auto polarizar un JFET utilizando su curva de transferencia
recorta y pega verifica con formulas.
Para establecer el voltaje del drenaje VD en el punto medio (Vd.=Vdd./2), se elige un valor de
Rd para obtener la caída de voltaje deseada. Rg se elige grande.
Ejemplo
Seleccionar los valores de los resitores del circuito, a fin de establecer una polarización
aproxiomada en el punto medio. Los parámetros del JFET son IDSS=15m A y VGS(apag) =8v
+12V
RD
1k
Q1
2N2608
RG
1k
RS
1k
ID= IDSS/2=7.5m A
VGS=VGS(apag) /3.414
VGS=-8V /3.414=-2.343
RS= VGS/ID = 2.343V/7.5m A =312 ohm
VD=VDD-(ID) (RD)
Despejando RD
RD=VDD-VD/ID =12V – 6V/ 7.5m A =800 ohm
Rg debe ser muy grande.
Tarea calcule y selecciona los valores de las resistencias para establecer una polarización
aproximada en el putno medio de algún JFET que consegusite (hojas técnicas).
Ejercicio
Seleccione los valores de los resitores del siguiente circuito para establecer un apolarizacion
aproximada en el punto medio. Los paramtros del JFET son IDSS=10m A y VGS(apag)= -10v ;
VDD=15V.
+12V
RD
1k
Q1
2N2608
RG
1k
RS
1k
1.- ¿Qué es un MOSFET simbología?
2.- tipos de MOSFET
3.- Realiza una tabla acerca de c/u de los tipos
4.- iIustra un MOSFET canal N y canal P
5.- Ilustra y describe el modo de empobrecimiento de un MOSFET canal N.
1.- ¿Que significa el termino MOSFET?
2.- ¿Qué es un MOSFET?
3.- En una tabla comparativa coloca las características generales de un mosfet tipo D, tipo E,
tipo V y de compuerta dual.
4.- Realiza una tabla comparativa donde escribas las ventajas y desventajas de cada uno de
ellos, con respecto a una referencia.
5.- En el cuadro sinóptico escribe como trabaja el MOSFET D, E y el V el modo de
empobrecimiento y enriquecimiento.
6.- Dibuja la estructura básica y simbología de cada uno de los MOSFET.
9+ 8V
68k
R1
RS
2M2
1k2
3.3k
VD= 9V
Q1
2N2608
ID= 0.909m A
VGS= -0.9163V
1M ohm
R2
RS 2.7k
2M2
3k3
PRACTICA UJT
R3
A
4k7
R1
VBB
470R
Q1
UJT
VEE
1.5V
VE
R2
100R
PRIMERO VBB=0V
VEE=INCREMENTOS
Corriente m A
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.8
2.1
VBB=0V/V
VBB=5V/V
VBB=10V/V
CUESTIONARIO
5.1¿De que es el transistor que se utiliza en la practica?
5.2¿Cuál es el valor de la resistencia con polarización inversa de emisor-base?
5.3¿ Es igual el valor de la resistencia con polarización directa entre B1 y B2? ¿Por qué?
5.4 A que valor de la resistencia es igual el valor de la resistencia emisor-base + emisor-base2
cuando se mide en polarización directa.
5.5¿ Cuando el transistor se polariza únicamente entre emisor y B1, sin que se polarice la B2 el
funcionamiento del transistor es parecido al del____________________
5.6 El funcionamiento del UJT se encuentra dentro de la región de resistencia______________
5.7¿ Cual es el voltaje del disparo del UJT? Cuando se polariza B1 y B2 a 10 v? Identifiquelo en
la curva característica.
Vp= 0.7+ n VBB