INFORME DE LABORATORIO - SOFTWARE DE SIMULACIÓN LABORATORIO N° 6 Estudiante 1:Ramos Tambaco Ana Carolina Estudiante 2: Cevallos Cadena Pablo Andres Estudiante 3: Gudiño Pijal Justin David Estudiante 4: Quilumba Yepez Justin Joel Docente: Msc. Luis Edilberto Suarez Zambrano Técnico Docente: Msc. Alejandra Pinto Erazo 31 de enero de 2022 1. Indicaciones Generales Estimado estudiante, por favor tomar en cuenta las indicaciones: Al recibir las instrucciones las guı́as de laboratorio se debe agendar un horario disponible con el técnico docente para el uso de equipos si es necesario. Caso contrario, se lo puede realizar en las horas autónomas de la asignatura. Una vez realizada su práctica, en horario de clases se presenta el funcionamiento de su laboratorio adjuntando su respectivo informe (formato presente en la plataforma SIIU o en el canal de laboratorios en Teams). 2. Requerimientos Simulación de Multı́metro con JFET. Archivos de diseño de Placa, tanto sch, brd,f3d 3. Marco Teorico El transistor de efecto campo (Transistor o FET) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un “canal” en un material semiconductor. Los transistores JFET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. La mayorı́a de ellos están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal. La región activa de los TFT (transistores de pelı́cula fina) es una pelı́cula que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFT es como pantallas de cristal lı́quido o LCD). Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET, tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es la terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenado y fuente. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Ası́ como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o sin conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensivamente en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales. 1 Figura 1: Construcción básica del JFET canal N. Figura 2: Transistores Mosfet 3.1. La estructura fı́sica de un JFET Consiste en un canal de semiconductor tipo n o p dependiendo del tipo de JFET, con contactos óhmicos (no rectificadores) en cada extremo, llamados FUENTE y DRENADOR. A los lados del canal existen dos regiones de material semiconductor de diferente tipo al canal, conectados entre sı́, formando el terminal de PUERTA. En el caso del JFET de canal N, la unión puerta – canal, se encuentra polarizada en inversa, por lo que prácticamente no entra ninguna corriente a través del terminal de la puerta. El JFET de canal p, tiene una estructura inversa a la de canal n; siendo por tanto necesaria su polarización de puerta también inversa respecto al de canal n. Los JFET se utilizan preferiblemente a los MOSFET en circuitos discretos. En el sı́mbolo del dispositivo, la flecha indica el sentido de polarización directa de la unión pn. 3.2. Principios de operación del JFET (Canal N) En la unión pn, al polarizar en inversa la puerta y el canal, una capa del canal adyacente a la puerta se convierte en no conductora. A esta capa se le llama zona de carga espacial o deplexión Cuanto mayor es la polarización inversa, más gruesa se hace la zona de deplexión; cuando la zona no conductora ocupa toda la anchura del canal, se llega al corte del canal. A la tensión necesaria para que la zona de deplexión ocupe todo el canal se le llama tensión puerta-fuente de corte (VGSoff ó Vto). Esta tensión es negativa en los JFET de canal n. En funcionamiento normal del JFET canal n, D es positivo respecto a S. La corriente va de D a S a través del canal. Como la resistencia del canal depende de la tensión GS, la corriente de drenador se controla por dicha tensión. 2 Figura 3: Estados del JFET canal N 3.3. Ecuaciones del FET El desempeño del Transistor de Efecto de Campo (FET) fue propuesto por W. Shockley, en 1952. De ahı́ el nombre que rige la ecuación de este tipo de transistores; la llamada .ECUACIÓN DE SHOCKLEY”. ID Corriente de Drenaje IDSS Corriente de Drenaje de Saturación VGS Voltaje Puerta-Fuente VP Voltaje de ruptura Id = Idss1-VGSVp2 Figura 4: Recta de carga 3.4. Curvas caracterı́sticas del transistor de efecto de campo. 3.5. Diferencias principales Entre JFET y MOSFET 3 Figura 5: Zona de funcionamiento del FET La diferencia clave entre JFET y MOSFET es que la corriente en JFET fluye debido al campo eléctrico en la unión PN y que en MOSFET se debe al campo eléctrico transversal en la capa de óxido metálico. La siguiente diferencia crucial es que JFET tiene una impedancia de entrada más baja mientras que MOSFET prácticamente tiene una impedancia infinita ya que no hay contacto directo entre la puerta y el sustrato. Otra diferencia notable es que JFET tiene una menor resistencia al drenaje, mientras que MOSFET tiene una alta resistencia al drenaje. JFET también tiene una corriente de fuga más alta, pero el MOSFET se curetó para que sea más eficiente con una corriente de fuga más baja. Aunque JFET es más difı́cil de montar que MOSFET, es menos costoso que este último. 3.6. Diseño de Placa Una placa de circuito impreso (PCBs) es una plancha de material rı́gido aislante, cubierta por unas pistas de cobre en una de sus caras o en ambas, para servir como conductor o de interconexión eléctrica entre los distintos componentes que se montarán sobre ella. La materia prima consiste en una plancha aislante, tı́picamente de “fibra de vidrio” o “Baquelita”, cubierta completamente por una lámina de cobre. Dependiendo del tipo de placa, el cobre puede ir a su vez protegido por una capa de resina fotosensible. Pasos generales para la elaboración de placa utilizando los métodos de ataque quı́mico. Diseño: Un circuito complejo requiere el uso de herramientas computacionales que permitan diseñar y simular el esquema electrónico y su arte de circuito impreso. Cortado: Conocido el tamaño del circuito impreso, se procede a realizar el corte de la tarjeta. Impresión en la placa de cobre: una vez que la máscara esta lista, se procede a grabarla en la placa, este procedimiento depende de la técnica a utilizar. Atacado del cobre: se inserta la placa de cobre previamente grabada, en soluciones acidas que eliminan el cobre no deseado. Limpieza y taladrado: se realiza el lavado y limpieza de la placa para eliminar todas las impurezas, luego se perforan los orificios en donde se colocarán los componentes. Soldadura: etapa donde se realiza el montaje (colocación y soldadura) de los componentes. Pruebas de Funcionamiento: Antes de realizar interconexiones se verifica el funcionamiento del circuito (Cortocircuitos, circuitos abiertos, soldaduras frı́as, entre otros.) 4 3.7. Caja para Arduino en Fusión 360 Qué es Arduino Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso. El hardware libre son los dispositivos cuyas especificaciones y diagramas son de acceso público, de manera que cualquiera puede replicarlos. Esto quiere decir que Arduino ofrece las bases para que cualquier otra persona o empresa pueda crear sus propias placas. El software libre son los programas informáticos cuyo código es accesible por cualquiera para que quien quiera pueda utilizarlo y modificarlo. Arduino ofrece la plataforma Arduino IDE que es un entorno de programación con el que cualquiera puede crear aplicaciones para las placas Arduino, de manera que se les puede dar todo tipo de utilidades. Figura 6: Placa Arduino ¿Para qué sirve un Arduino? Arduino se puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, o bien conectarse a otros dispositivos o interactuar con otros programas, para interactuar tanto con el hardware como con el software. Sirve tanto para controlar un elemento, pongamos por ejemplo un motor que nos suba o baje una persiana basada en la luz que haya gracias a un sensor conectado al Arduino, o bien para transformar la información de una fuente, como puede ser un teclado, y convertir la información a algo que entienda, por ejemplo, un ordenador. 5 Actualmente, el uso de Arduino puede catalogarse en dos grandes grupos: 1. Arduino se utilizado como un microcontrolador, cuando tiene un programa descargado desde un ordenador y funciona de forma independiente de éste, y controla y alimenta determinados dispositivos y toma decisiones de acuerdo al programa descargado e interactúa con el mundo fı́sico gracias a sensores y actuadores. 4. 4.1. 2. Arduino hace de interfaz entre un ordenador u otro dispositivo, que ejecuta una determinada tarea, para traducir dicha tarea en el mundo fı́sico a una acción. Y viceversa, gracias a sensores que están conectados a la placa Arduino podemos hacer que el ordenador ejecute determinada acción. Laboratorio Simulación 4.1.1. Proteus 4.1.2. Eagle Figura 7: Eagle Esquemático 6 Figura 8: Eagle Board 4.1.3. Fusion 360 7 5. Interpretación de Resultados Una vez finalizadas las dos simulaciones de multimetro JFET y puente H con transistores BJT los análisis de su funcionamiento son: 5.1. Multimetros JFET Debido a que la implementacion de un switch divide al multimetro en escalas de 0 a 5 voltios y de 0 a 10 voltios para el transistor BJFET se tendra que conectar la fuente de voltaje de manera correcta en los terminales. 5.2. Puente H con transitores 2N2222 El puente H a ser conectado a un switch mostrara un giro diferente dependiendo de la terminal de switch debido a esto la siguient tabla muestra el sentido de giro del motor en el puente. Terminal Switch 1 2 3 6. Sentido de giro Horario Frenado por inercia Antihorario Conclusiones JFET y su sucesor MOSFET se utilizan ampliamente como amplificadores e interruptores en varios campos de aplicación. Sin embargo, MOSFET ha surgido como transistores más competentes para ser utilizados en chips de memoria de computadora. Se pudo probar que la corriente de drenaje que depende de la fuente de la puerta de voltaje, obedece la ecuación de shockley casi exactamente. Puedo decir que para que las mediciones de esta práctica sean aceptables y tengan el menor número de errores en las mismas con respecto a los cálculos tuvimos que ajustar las resistencias. En conclusión, gracias a la práctica realizada hemos podido evidencias diferentes funcionamientos en los transistores, lo que permite un mejor entendimiento y desarrollo de nuestras capacidades. Las herramientas utilizadas en la practica son muy factibles ya que nos ayudan a descubri las diferentes metodologı́as que tiene las diferentes placas. 7. Recomendaciones Es recomendable investigar los términos desconocidos para ası́ no tener problemas al momento de realizar la práctica. Se recomienda utilizar el respectivo datasheet de los FET para verificar sus caracterı́sticas. También se recomienda realizar cuadros comparativos de los diferentes transistores, para un mejor entendimiento Se recomienda calcular con el IDSS y el Vp real, para que los cálculos sean más exactos. 8. Bibliografia Duchitanga, J. (2021). Obtenido de https://www.monografias.com/trabajos90/transistor-fet/transistorfet Rocha, A. (3 de Junio de 2015). Obtenido de https://adrian0294.wordpress.com/2015/06/03/practica-11implementacion-de-polarizacion-de-jfet/ Microsoft Word - LII-P1 Simulador .doc. (4 de Febrero de 2021). Obtenido de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/23718/1/LII-P1 Simulador.pdf Ortega, D. H. (6 de Diciembre de 2020). HETPRO. Obtenido de https://hetpro-store.com/TUTORIALES/jfetvs-mosfet/ 8 Salas, R. (s.f.). Obtenido de http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/26205/tecnicas diseno.pdf? sequence=1& isAllowed=y Fernàndez, Y. (3 de Agosto de 2020). Obtenido de https://www.xataka.com/basics/que-arduino-comofunciona-que-puedes-hacer-uno Gonzalez, O. (22 de Enero de 2016). Obtenido de https://blog.bricogeek.com/noticias/tutoriales/comohacer-una-caja-para-arduino-con-fusion-360/ 9
