10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) OBJETIVOS * Entender y clasificar los transistores JFET y MOSFET * Conocer las estructuras, funcionamiento, polarización y características de los transistores JFET y MOSFET * Comparar el transistor BJT y FET * Conocer algunas aplicaciones TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO o FET (Field Effect Transistor) about:blank 1/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) Transistor de efecto de campo MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Transistor) Los MOSFET se han considerado como un dispositivo de dos terminales, permitiéndonos estudiar la estructura de las bandas y la distribución de carga en el interior del semiconductor cuando se aplica una tensión en los extremos de la estructura. Sus aplicaciones actualmente son en las puertas lógicas utilizadas en electrónica digital y en las memorias semiconductoras. Ventajas Muy altas impedancias de entrada Generan menos ruido Más estables con la temperatura Más fáciles de fabricar y mejor densidad Pueden usarse como elementos de almacenamiento de información Desventajas Pobre respuesta en frecuencia (alta capacitancia de entrada) Algunos FET tienen baja linealidad Sensible a daños por descargas estáticas Características about:blank Es tan pequeño que solo ocupa el 20% o 30% del área del chip que ocuparía un BJT típico. Capacidad de disipar altas potencias y conmutar grandes corrientes en menos de un nanosegundo. Se le utiliza como interruptor de alta potencia y alta frecuencia. 2/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) El funcionamiento del Mosfet es controlar el paso de la corriente entre una entrada o terminal llamado fuente sumidero (source) y una salida o terminal llamado drenador (drain), mediante la aplicación de una tensión (con un valor mínimo llamada tensión umbral) en el terminal llamado puerta (gate). Es considerado como un interruptor controlado por tensión, al aplicar tensión conduce y cuando no hay tensión en la puerta no conduce, es decir, el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. En el primer caso tenemos que VG = 0 (semiconductor de tipo p) prácticamente no existe paso de corriente entre los electrodos de fuente y sumidero, cualquiera que sea el signo de la tensión aplicada entre ellos. Ahora para el segundo caso VG ≥ VT (semiconductor de tipo n), siendo VT el voltaje umbral de la estructura MOS. Comportamiento del MOSFET Como interruptor Open A Close como amplificador Fuente de corriente controlada por voltaje Regiones de operación Region de Corte Si entonces Sea about:blank Región Triodo 3/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) Si el transistor se comporta como un resistor variable Saturación Si estamos en región de saturación solo depende de , MOSFET canal n Dispositivo de tres terminales: Gate (compuerta), Drain (drenaje) y Source (fuente). VGS controla la corriente ip entre Drain y Source No hay circulación de corriente por el Gate iG=0 Parámetros: coeficiente de conductancia Kn y Voltaje de umbral (threshold) Vt Existen transistores MOSFET de dos tipos: de acumulación o de enriquecimiento y de deplexión o empobrecimiento. MOSFET de acumulación o de enriquecimiento Los transistores MOSFET de acumulación de canal n se polarizan aplicando una tensión positiva entre drenador y fuente (VDS) y una tensión positiva entre puerta y fuente (VGS). De esta forma, la corriente circulará en el sentido de drenador a fuente. En el caso del MOSFET de acumulación de about:blank 4/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) canal p la tensión VDS a aplicar debe ser negativa y la tensión VGS negativa, de esta forma la corriente fluirá en el sentido de la fuente hacia el drenador. Con respecto a su funcionamiento, para el de canal p todos los razonamientos serían análogos sin más que tener en cuenta los sentidos de las tensiones y las corrientes. Por ello hablaremos con respecto al canal n. Influencia de VGS: si aplicamos una tensión VGS =0, aunque apliquemos una tensión VDS no circulará corriente alguna por el dispositivo, ya que la unión de drenador está polarizada en inversa. Sin embargo, cuando VGS >0 no se establecer una corriente por estar la puerta aislada, pero i seguimos aumentando el valor de esta tensión, la acumulación de electrones se hará lo suficientemente importante como para decir que tenemos una zona n, es decir, se formará un canal de tipo n que unirá los terminales de drenador y fuente. De esta forma, cuanto mayor sea la tensión VGS aplicada mayor será la anchura del canal formado. Influencia de VDS: Si una vez que se ha formado el canal aplicamos una tensión positiva, por el canal circulará una corriente ID en el sentido del drenador hacia la fuente. Si ahora nos fijamos en la relación de tensiones VDS = VGS - VGD, al ser VDS > 0 tendremos que VGD < VGS, por lo tanto, la anchura del canal será menor del lado del drenador. A medida que el valor de VDS aumente, el estrechamiento comenzará a ser importante, variando la resistencia que presenta el canal y perdiendo la linealidad de la característica. about:blank 5/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) MOSFET de enriquecimiento de canal n MOSFET de enriquecimiento de canal p Igualmente, podremos distinguir las 4 zonas de funcionamiento del transistor Zona de corte o de no conducción. Zona óhmica o de no saturación. Zona de saturación o de corriente constante. Zona de ruptura. MOSFET de deplexión o empobrecimiento Los transistores MOSFET de deplexión de canal n se polarizan aplicando una tensión positiva entre drenador y fuente (VDS) y una tensión entre puerta y fuente (VGS) que puede ser negativa o positiva, según veremos al analizar el funcionamiento del dispositivo. De esta forma, la corriente circulará en el sentido de drenador a fuente. En el caso del MOSFET de acumulación de canal p la tensión VDS a aplicar debe ser negativa y la tensión VGS positiva o negativa, de esta forma la corriente fluirá en el sentido de la fuente hacia el drenador. about:blank 6/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) Con respecto a su funcionamiento, si aplicamos una tensión VGS > 0, se atraerán más electrones hacia la zona de la puerta y se repelerán más huecos de dicha zona, por lo que el canal se ensanchará, es decir, para valores VGS > 0 el MOSFET de deplexión tiene un comportamiento de acumulación. Si por el contrario damos valores VGS < 0 el efecto será el contrario, disminuyéndose la anchura del canal (modulación de la anchura de un canal en función de una tensión), si seguimos disminuyendo el valor de VGS podrá llegar un momento en que el canal desaparezca por completo, esto sucederá cuando VGS disminuya por debajo de un valor VGSoff. En cuanto al efecto de la tensión VDS tendríamos exactamente lo mismo que en los dos casos analizados anteriormente. MOSFET de empobrecimiento de canal n about:blank MOSFET de empobrecimiento de canal p 7/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) Circuito equivalente Funcionamiento: en este circuito se puede observar una fuente de 12 v que alimenta al circuito, dicho esto, la corriente comienza su recorrido por la resistencia de 2K y luego se conecta en serie con el transistor tipo MOSFET de canal n, se polariza de Drain (drenaje) a Source (fuente), los cuales junto con el Gate (compuerta) regulan el voltaje de entrada además de amplificar o conmutar la señal, así mismo pasa la corriente por la resistencia de 5k. La aplicación de este circuito podría ser en lámparas, motores, drivers de estado sólido y electrodomésticos. Cálculos Estamos en saturación about:blank 8/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) No es la respuesta porque 1,79 v - 4,53 v Respuesta 6,92 v 3,18 v Cuadro comparativo entre FET Y BJT -Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT. -Los FET son más estables con la temperatura que los BJT. -Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI. - Un transistor FET es de menor tamaño que un BJT sobre todo el MOSFET incremental. - Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. - El BJT es un Transistor de unión bipolar y FET significa Transistor de efecto de campo - en un transistor de efecto de campo (FET), sólo la carga mayoritaria transporta flujos, mientras que en BJT los flujos de portadores de carga mayoritarios y minoritarios fluyen. - La impedancia de entrada de FET es mucho mayor en comparación con el BJT - Los tres terminales de BJT son emisor, base y colector, mientras que FET es drenaje, compuerta y fuente - El BJT se controla usando la corriente de entrada (corriente base), mientras que FET se controla usando el voltaje de entrada (voltaje de puerta). Uso del BJT Y FET Principales aplicaciones del BJT Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) Generación de señal (osciladores, generadores de ondas, emisión de radiofrecuencia) Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación about:blank conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) Detección de radiación luminosa (fototransistores) Estos son los tipos de transistores bipolares preferidos en los circuitos lógicos. Estos son los preferidos en los circuitos multivibradores. En los circuitos de recorte, estos son los preferidos para los circuitos de conformación de onda. Se utiliza en los circuitos del temporizador y los circuitos del tiempo de retardo. 9/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) Principales aplicaciones del FET Bibliografía https://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria_albella/electronica/8%20Transistores%20de %20Efecto%20Campo.pdf https://ocw.ehu.eus/file.php/110/electro_gen/teoria/tema-7-teoria.pdf about:blank 10/11 10/1/24, 18:27 Informe 3 (Transistores JFET y Mosfet) https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/electrica/3_anio/electronica_1/apuntes/Transist or%20de%20Efecto%20de%20Campo.%20-%20fets_2002.pdf https://www.vistronica.com/blog/post/conozca-cuales-son-las-diferencias-entre-los-transistoresbjt-y-fet.html https://unisalia.com/tipos-de-transistores-bipolares-aplicaciones/ about:blank 11/11