Ejercicio de Electronica Electronica

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«YADY CAROLINA SUAREZ GOMEZ» Nombre, Apellido1, Apellido2 Trabajo Obligatorio ELECTRÓNICA ANALÓGICA Marzo, 2010 FUNDACION SAN VALERO SEAS, Centro de Formación Abierta ZARAGOZA

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«YADY CAROLINA SUAREZ GOMEZ»Nombre, Apellido1, Apellido2

Trabajo Obligatorio ELECTRÓNICA ANALÓGICAMarzo, 2010

FUNDACION SAN VALEROSEAS, Centro de Formación Abierta

ZARAGOZA

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PROPUESTA DE TRABAJO OBLIGATORIO

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Propuesta de trabajo

En la asignatura de electrónica analógica se han estudiado los transistores de unión bipolar (BJT). Con la realización de este trabajo pretendemos centrarnos en el segundo tipo más importante de transistores, el transistor de efecto de campo (FET, de Field-Effect Transistor).

Los FET son dispositivos unipolares porque, a diferencia de los transistores bipolares que usan corriente de electrones y huecos, operan solo con un tipo de portador de carga.

El transistor bipolar es un dispositivo controlado por corriente; es decir, la corriente de base controla la cantidad de corriente de colector. El FET es diferente. Se trata de un dispositivo controlado por voltaje, en donde el voltaje entre dos de las terminales (la compuerta y la fuente) controla la cantidad de corriente a través del dispositivo.

Los dos tipos principales de FET son el transistor de efecto de campo de unión (JFET) y el transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET).

Contenidos a desarrollar:

1. Estructura y operación básicas de los transistores de efecto de campo de unión.2. Comparación de los FET con los BJT.3. Construcción básica del JFET. Características y parámetros más importantes.4. Circuitos de autopolarización y de polarización de un JFET.5. Aplicaciones de los JFET.6. Construcción básica del MOSFET. Características y parámetros más importantes.7. MOSFET de enriquecimiento y de empobrecimiento.8. Circuitos de autopolarización y de polarización de un MOSFET.9. Aplicaciones de los MOSFET.

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PROPUESTA DE TRABAJO OBLIGATORIO

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Objetivos del trabajo

Describir la estructura y operación básicas de los transistores de efecto de campo de unión.

Explicar porqué los FET son dispositivos controlados por voltaje. Comparar los FET con los BJT. Describir la construcción básica del JFET. Describir las características y parámetros más importantes del JFET. Analizar los circuitos de autopolarización y de polarización de un JFET. Describir algunas aplicaciones de los JFET. Describir la estructura básica de los MOSFET y su diferencia con los JFET. Conocer los MOSFET de enriquecimiento y el MOSFET de empobrecimiento. Describir las características y parámetros más importantes del MOSFET. Analizar los circuitos de polarización de un MOSFET.

Bibliografía

Manual de asignatura. SEAS. Principios de Electrónica, Albert Paul Maldivo, Mc. Graw Hill. Dispositivos Electrónicos, Tomas L. Floyd, Limusa Noriega Editores. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert L. Boylestad,

Louis Nashelsky, Pearson Prentice Hall. Electrónica General, Cembranos Nistal, Florencio Jesús, International Thomson

Editores Spain Paraninfo. Electrónica, Hambley, Alley R., Prentice Hall Electrónica. De los sistemas a los componentes, Storey Neil, Addison-Wesley.

Grupo Pearson

SIMULADOR RECOMENDADOPara dibujar los circuitos puedes utilizar el simulador Workbench, cuya versión de estudiante puedes descargar en: www.electronicsworkbench.com/

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Criterios de evaluación

La evaluación, es una componente fundamental de la formación. Este trabajo obligatorio formará parte de tú calificación final. En esta tabla, se resumen los aspectos a valorar y el porcentaje que representa cada unos de los mismos.

%Total

% Ob.

Contenidos generales 10

Estructuración, exposición, orden, limpieza y presentación

Claridad en los conceptos10

Temas de especialidad 90

Estructura y operación básicas. Comparación de los FET con los BJT 10

JFET. Características y parámetros más importantes 10

Circuitos de autopolarización y de polarización de un JFET 10

Aplicaciones de los JFET 10

MOSFET. Características y parámetros más importantes 10

Circuitos de autopolarización y de polarización de un MOSFET 10

Aplicaciones de los MOSFET 10

Dibujo de circuitos con simulador 20

TOTAL 100

Fecha límite de recepción de trabajos

Antes de la fecha fin correspondiente a tu matricula.

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Ficha de Corrección del Trabajo (Espacio reservado para anotaciones del profesor)

Profesor:

Alumno (Código / Nombre):

Fecha de Entrega: Fecha de Calificación:

Observaciones sobre el trabajo:

Fecha y Firma:

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Formato de presentación

1. Se presentará en formato papel DIN-A4. Mínimo 20 páginas.

2. Se presentará en formato informático toda la información del trabajo.

3. Las normas de presentación serán las siguientes:

Procesador: Microsoft WORD. Tamaño de letra: 12 ptos. Tipo de letra: serán aconsejables letras como “Arial” o “Times New Roman”. Espaciado entre líneas: 1,5 Márgenes:

Lateral izquierdo: 3 cm.Lateral derecho: 2 cm.Margen superior: 3,5 cm.Margen inferior: 2,5 cm.

4. En caso de que el trabajo requiera archivos externos (dibujos Autocad, Catia, Excel, Power Point, programación, etc…) éstos deberán entregarse junto al trabajo. Es posible que algunos trabajos solo consten de estos ficheros, por lo cual no tendrá validez lo indicado en el punto 3.

5. Si el trabajo consta de varios archivos deberá enviarse en un solo fichero comprimido.

6. Si el tamaño del archivo a enviar excede de 5Mb, en lugar de enviarse por correo electrónico deberá entregarse en CD.

7. La de entrega deberá ser anterior a la fecha fin de matricula.

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Desarrollo de trabajo

1. Estructura y operación básicas de los transistores de efecto de campo

de unión.

a. Explicar porqué los FET son dispositivos controlados por voltaje.

Transistor de efecto de campo (FET) son dispositivos semiconductores donde el

control de la corriente se realiza mediante un campo eléctrico. Tienen las

siguientes características:

Dispositivo unipolar: un único tipo de portadores de carga

Ocupa menos espacio en un circuito integrado que el bipolar, lo que supone

una gran ventaja para aplicaciones de microelectrónica

Tienen una gran impedancia de entrada (del orden de MΩ)

A los transistores de efecto de campo se les conoce abreviadamente como FET

(Field Effect Transistor) y entre ellos podemos distinguir dos grandes tipos:

Transistor de Efecto de Campo de Unión:

JFET (Junction Field Effect Transistor)

Transistor de Efecto de Campo Metal - Óxido - Semiconductor:

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

Estructura de los JFET

En los transistores FET se crea un campo eléctrico que controla la anchura del

camino de conducción del circuito de salida sin que exista contacto directo entre la

magnitud controlada (corriente) y la magnitud controladora (tensión).

De forma análoga a como en los transistores bipolares existen dos tipos npn y

pnp, en los transistores de efecto de campo se habla de transistores FETs de

canal n y de canal p.

2. Comparación de los FET con los BJT.

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En primer lugar, la principal diferencia entre ambos radica en el hecho de que el

transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente, mientras que los

transistores FET son dispositivos controlados por tensión. En ambos casos, la

corriente del circuito de salida es controlada por un parámetro del circuito de

entrada, en un caso el nivel de corriente y en el otro el nivel de tensión aplicada.

Una diferencia importante entre ambos tipos de transistores consiste en que

mientras que los transistores BJT son bipolares, es decir, en la corriente

intervienen los dos tipos de portadores (electrones y huecos), los transistores FET

son unipolares, en los que el nivel de conducción dependerá únicamente de un

único tipo de portadores: de los electrones en los de canal n y de los huecos en

los de canal p.

Una de las características más importantes de los FETs es su alta impedancia de

entrada con niveles que pueden varias desde uno hasta varios cientos de

megaóhmios, muy superiores a la que presentan los transistores bipolares que

presentan impedancias de entrada del orden de unos pocos kiloóhmios. Esto

proporciona a los FET una posición de ventaja a la hora de ser utilizados en

circuitos amplificadores.

3. Construcción básica del JFET. Características y parámetros más

importantes.

4. Circuitos de autopolarización y de polarización de un JFET.

Analizar los circuitos de autopolarización y de polarización de un JFET.

5. Aplicaciones de los JFET.

6. Construcción básica del MOSFET. Características y parámetros más

importantes.

Describir la estructura básica de los MOSFET y su diferencia con los

JFET.

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INTRODUCCION 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. Además, existe un gran número de funciones lógicas que pueden ser implementadas únicamente con transistores MOS (sin resistencias ni diodos). Esto ha hecho del transistor MOS el componente estrella de la electrónica digital.

QUÉ ES? MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada, es un arreglo de cientos de transistores integrados en un sustrato de silicio. Cada uno entrega una parte a la corriente total.Uno de los motivos que impulsó su desarrollo es que los transistores bipolares presentan limitaciones. Es un dispositivo controlado por tensión, Es un dispositivo extremadamente veloz en virtud a la pequeña corriente necesaria para estrangular o liberar el canal. Por esta facultad se los usa ampliamente en conmutación. Su velocidad permite diseñar etapas con grandes anchos de banda minimizando, así, lo que se denomina distorsión por fase.

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.

Tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P, En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain):

PRINCIPIO DE OPERACION

Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no se aplica tensión en la compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source)

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Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensión positiva se debe aplicar en la compuerta. Así los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos.

El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para que aparezca un puente para los electrones entre el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la cantidad de corriente) depende o es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

En el caso del MOSFET de canal P, se da una situación similar. Cuando se aplica una tensión negativa en la compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P del drenaje y de la fuente son atraídos hacia la compuerta y pasan a través del canal N que hay entre ellos, creando un puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión aplicada a la compuerta.

Debido a la delgada capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

APLICACION

El MOSFET es frecuentemente usado como amplificador de potencia ya que ofrecen dos ventajas sobre los MESFET’s y los JFET’s y ellas son:

En la región activa de un MOSFET en modo de enriquecimiento, la capacitancia de entrada y la trasconductancia es casi independiente del voltaje de la compuerta y la capacitancia de salida es independiente del voltaje del drenador. Este puede proveer una potencia de amplificación muy lineal. El rango de voltaje activo de la compuerta puede ser mayor porque los MOSFET’s de canal n en modo de vaciamiento pueden operar desde la región de modo de vaciamiento (-Vg) a la región de modo de enriquecimiento (+Vg).

Capacitancia en el MOSFET

Dos capacitancias son importantes en un conmutador de encendido-apagado con MOSFET. Éstas son Cgs entre Gate y la fuente y Cgd entre Gate y drenaje. Cada valor de capacitancia es una función no lineal del voltaje. El valor para Cgs tiene solamente una variaciónpequeña, pero en Cgd, cuando uDG haya pasado a través de cero, es muy significativa. Cualquier desprecio de estas variaciones crea un error substancial en la

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carga que es requerida en Gate que es necesaria para estabilizar una condición dada de operación. Encendido En la mayoría de los circuitos con MOSFET, el objetivo es encenderlo tan rápido como sea posible para minimizar las pérdidas por conmutación. Para lograrlo, el circuito manejador del gatillo debe ser capaz de alimentar la suficiente corriente para incrementar rápidamente el voltaje de gatillo al valor requerido. Apagado Para apagar el MOSFET, el voltaje gate-fuente debe reducirse en acción inversa como fue hecho para encenderlo. La secuencia particular de la corriente y el voltaje depende de los arreglos del circuito externo. Área segura de operación El área segura de operación de el MOSFET está limitada por tres variables que forman los límites de una operación aceptable. Estos límites son: 1. Corriente máxima pulsante de drenaje 2. Voltaje máximo drenaje-fuente 3. Temperatura máxima de unión. Pérdidas del MOSFET Las pérdidas de potencia del MOSFET son un factor tomado en cuenta para la selección de un dispositivo de conmutación. La elección no es sencilla, pues no puede decirse que el MOSFET tenga menores o mayores pérdidas que un BJT en un valor específico de corriente. Las pérdidas por conmutación en el encendido y apagado juegan un papel más importante en la selección. La frecuencia de conmutación es también muy importante.

CONCLUSIONES

1.El mosfet gracias a su gran velocidad de conmutación presenta una gran versatilidad de trabajo;este puede reemplazar dispostivos como el jfet.

2.los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia esto es una gran ventaja ya que pueden ser utilizados en una gran gama de aplicaciones

3.Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una tensión positiva se debe aplicar en la compuerta. Así los electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre ellos.

4.gracias a la delgada capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es controlada por la tensión aplicada a la compuerta.

7. MOSFET de enriquecimiento y de empobrecimiento.

8. Circuitos de autopolarización y de polarización de un MOSFET.

Describir las características y parámetros más importantes del MOSFET.

Analizar los circuitos de polarización de un MOSFET.

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9. Aplicaciones de los MOSFET.

La mayoría de componentes electrónicos están basados en la aplicación

MOSFET

Es ideal para controlar motores de mediana potencia en proyectos de

robotica

El MOSFET es frecuentemente usado como amplificador de potencia

Interruptores analógicos o digitales. Etapas de entrada a amplificadores diferenciales. Amplificadores especiales Resistencias controladas por tensión