ANALISIS EN DC - CA DE UN FETIntegrantes:Pea Landeo Vctor Daniel 1113220333Ruiz Rodrguez Omar Artemio 1113220574Yslache Galvn Miguel ngel 1113220101

Estructura de los transistores de efecto de campo de unin, JFET (canal N)

Puerta (G)Drenador (D)Fuente (S)Canal

Principio de funcionamiento de los transistores de efecto de campo de unin, JFET (I)

Principio de funcionamiento de los transistores de efecto de campo de unin, JFET (II)

Segn aumenta la tensin drenador-fuente, aumenta la resistencia del canal, ya que aumenta la zona de transicin, que es una zona de pocos portadores.

Principio de funcionamiento de los transistores de efecto de campo de unin, JFET (III)

Principio de funcionamiento de los JFET (IV)

Si se aumenta ms la tensin drenador-fuente, la zona de transicin llega a dejar una parte del canal con muy pocos portadores. La corriente de drenador no cesa (si cesara no se formara el perfil de zona de transicin que provoca esta situacin). La tensin VDS a la que se produce la contraccin total del canal recibe el nombre de tensin de contraccin (pinch-off), VPO.

Principio de funcionamiento de los JFET (V)

Si se aumenta la tensin drenador-fuente por encima de VPO, va aumentando la parte del canal que ha quedado con muy pocos portadores, LZTC (longitud de la zona de transicin en el canal). Sin embargo, el aumento de LZTC al aumentar VDS es pequeo comparado con la longitud del canal, LC.

Si LZTC VPO.Principio de funcionamiento de los JFET (VI)

Resumen del principio de funcionamiento de los JFET cuando VGS = 0

Es decir: VDSPO = UA = VPO - UB Qu pasa si VGS 0?Con VGS=0, la contraccin ocurre cuando VDS = VDSPO =VPO. La contraccin se produce cuando:VDS=VDSPO=VPO + VGSCuando VGS < 0, la corriente que circula es menor y la contraccin se produce a una VDS menor.El canal es siempre ms estrecho, al estar polarizado ms inversamente mayor resistencia

Curvas caractersticas de un JFET (canal N)

Muy importanteCurvas de entrada:No tienen inters (unin polarizada inversamente)Contraccin producida cuando:VDSPO=VPO + VGS

La tensin VPOCortocircuitamos el drenador y la fuente y aplicamos tensin entre puerta y fuente. Cuando la tensin VGS alcanza un valor negativo suficientemente grande, la zona de transicin invade totalmente el canal. Este valor es el de contraccin del canal, VPO. = -VPOUB1<

Anlisis grfico de un JFET en fuente comnVGS = 0V> -0,5V> -1V > -1,5V> -2V > -2,5V Muyimportante

Clculo de las corrientes en la zona de fuente de corriente (canal contrado)Muy importante

Comparacin entre transistores bipolares y JFET (I)En ambos casos, las tensiones de entrada (VBE y VGS) determinan las corrientes de salida (IC e ID).En zona de comportamiento como fuente de corriente, es til relacionar corrientes de salida y entrada (transistor bipolar) o corriente de salida con tensin de entrada (JFET). La potencia que la fuente V1 tiene que suministrar es mucho ms pequea en el caso del JFET (la corriente es casi cero, al estar polarizada inversamente la unin puerta-canal).Muy importante

Comparacin entre transistores bipolares y JFET (II)El JFET es ms rpido al ser un dispositivo unipolar (conduccin no determinada por la concentracin de minoritarios).El JFET puede usarse como resistencia controlada por tensin, ya que tiene una zona de trabajo con caracterstica resistiva.Para conseguir un comportamiento tipo cortocircuito hay que colocar muchas celdas en paralelo. Muyimportante

Estructura real de un JFET de canal NUso de un JFET de canal PHay que invertir los sentidos reales de tensiones y corrientes para operar en los mismas zonas de trabajo.

Los transistores de efecto de campo de unin metal-semiconductor MESFETGaAs aislante

Los transistores de efecto de campo de metal-xido-semiconductor, MOSFETSubstratoNombreEstructuraSmbolo

Principios de operacin de los MOSFET (I)V2 > V1

Principios de operacin de los MOSFET (II)Cuando la concentracin de los electrones en la capa formada es igual a la concentracin de los huecos de la zona del substrato alejada de la puerta, diremos que empieza la inversin. Se ha creado artificialmente una zona N tan dopada como la zona P del substrato. La tensin a la que esto ocurre es llamada tensin umbral (threshold voltage), VTH.

Principios de operacin de los MOSFET (III)Conectamos la fuente al substrato.Conectamos una fuente de tensin entre los terminales fuente y drenador.Cmo es la corriente de drenador?

Principios de operacin de los MOSFET (IV)Existe un canal entre drenador y fuente constituido por la capa de inversin que se ha formado.Con tensiones VDS pequeas (

El canal formado se contrae totalmente cuando VDS = VDSPO.Cuando VDS > VDSPO, el MOSFET se comporta como una fuente de corriente (como en el caso de los JFET). Principios de operacin de los MOSFET (V)

Si VGS = 0, la corriente de drenador es prcticamente nula. En general, si VGS

Curvas caractersticas de un MOSFET de enriquecimiento de canal NMuy importanteCurvas de entrada:No tienen inters (puerta aislada del canal)

Anlisis grfico de un MOSFET en fuente comnVGS = 0V< 2,5V< 3V < 3,5V< 4V < 4,5V Muyimportante

Clculo de las corrientes en la zona de fuente de corriente (canal contrado) y de la tensin umbralEcuaciones no demostradas:IDPO (VGS - VTH)2ZmnCox/2LCVTH 2fF + (ersxox/erox)(4qNAfF/(erse0))1/2

Z = longitud en el eje perpendicular a la representacin.Cox = Capacidad del xido por unidad de rea de la puerta.ers, erox y e0 = permitividades relativas del semiconductor y del xido y permitividad absoluta. xox = grosor del xido debajo de la puerta.fF =VTln(NA/ni)

Los MOSFET de deplexin (I)Existe canal sin necesidad de aplicar tensin a la puerta. Se podr establecer circulacin de corriente entre drenador y fuente sin necesidad de colocar tensin positiva en la puerta.Modo ACUMULACIN:Al colocar tensin positiva en la puerta con relacin al canal, se refuerza el canal con ms electrones procedentes del substrato. El canal podr conducir ms.

Los MOSFET de deplexin (II)Operacin en modo DEPLEXIN:Se debilita el canal al colocar tensin negativa en la puerta con relacin al substrato. El canal podr conducir menos corriente.

Los MOSFET de deplexin (III)Cuando se aplica tensin entre drenador y fuente se empieza a contraer el canal, como ocurre en los otros tipos de FET ya estudiados. Esto ocurre en ambos modos de operacin.

Muy importanteComparacin entre las curvas caractersticas de los MOSFET de enriquecimiento y de deplexin

Comparacin entre los smbolos de los MOSFET de enriquecimiento y de deplexin con ambos tipos de canal

Comparacin de los circuitos de polarizacin para trabajar en zona resistiva o en zona de fuente de corriente con MOSFET de ambos tipos de canalHay que invertir los sentidos reales de tensiones y corrientes para operar en los mismas zonas de trabajo.

Comparacin entre transistores JFET y MOSFET La potencia que la fuente V1 tiene que suministrar estticamente en un MOSFET es cero. Por tanto, la corriente IG es ms pequea an que en el caso del JFET (que es casi cero, al estar polarizada inversamente la unin puerta-canal).

Muy importante La tensiones V1 y V2 comparten terminales del mismo signo en el caso del MOSFET. Esto facilita el control.

Precauciones en el uso de transistores MOSFETEl terminal puerta al aire es muy sensible a los ruidos.El xido se puede llegar a perforar por la electricidad esttica de los dedos. A veces se integran diodos zener de proteccin.Existe un diodo parsito entre fuente y drenador en los MOSFET de enriquecimiento.

Recordar las siguientes relaciones:Esto es para los JFETS y los MOSFETS dede tipo decremental MOSFET de tipo incremental

CONFIGURACIN DE POLARIZACIN FIJACon los datos calcular:Vgsq, IdqVdsVd, Vg y Vs

Mtodo matemtico

METODO GRAFICOComo es un JFET canal N entonces Id es + y Vgs es -

POR LOS DOS MTODOS SE PRESENTAN RESPUESTAS MUY ACERTADASENTRE ENTONCES AMBOS MTODOS SON VALIDOS

COFIGURACIN DE AUTOPOLARIZACINCalcular:a) Vgsq, Idqb) Vdsc) Vs, Vg, Vd

Luego la recta definida porEntonces la intercepcin de la curva del dispositivo y la recta definida por la red, tenemos el punto q

CONFIGURACIN DE ENTRADA COMNSDGIdIs

POLARIZACIN MEDIANTE DIVISOR DE VOLTAJEGDSIdss=8mAVp=-4V= VddDETERMINARPto de operacinIdq, Vgsq y Vds.

Reemplazando valores

Ec. De salida

FET DEL CANAL -P+-VgsRdRs+-VdsIdIsPto QIdssVp-VgsJFET tipo P

Pto QId-VgsVg/RsMOSFET canal P tipo decrementalVgVpIdss

MOSFET canal P tipo Incremental

DISEO20VVdRdRsGS+-IdqIsIdss=6mAVp=-3V+Dado los valores del pto Q (Idq=2.5mA)^ Vd=12V calcular los valores necesarios Rd y RsCon los datos obtenidos procedemos a aplicar La curva de transferencia y obtener VgsqIdqVgsq=-1V-36Id(mA)Vgsq

Para la configuracin de polarizacin mediante divisor de voltaje, calcular el valorDe Rs si Vd=12V y Vgsq=-2V91k47kRsRd16VVgs+-Vd1.8KId

Para la sgte configuracin se especifican los niveles de Vds e Id=Id encendidoDetermine el nivel de Vdd y de Rd , Adems Vgs=Vgs onVdd10MGDSRd

MOSFET de tipo decremental canal nPara el MOSFET de tipo decrementalDe canal n, determine:Ptos de operacinVdsIdss= 6 mAVp= - 3VConfiguracin TIPO H

Configuracin autopolarizacin20V6.2K1M2.4ViIsIdIdq, VgsqVdIdss= 8 mAVp= - 8V

POLARIZACIN POR RETROALIMENTACIN10M2K12VRecordar par los niveles de Vgs mayores que Vgs(Th) ,la corriente de drenaje esta definida porMOSFET de tipo Incremental canal n

Q686,4Id (mA)Vgs12Vdd2,75310

POLARIZACIN POR DIVISOR DE VOLTAJE18M22M3K0.82KVgsDSIdDETERMINE Id, Vgsq, Vds

21,95Id (mA)Q201812,56,7Vgs

Anlisis a pequea seal para FETLos amplificadores con transistores de efecto de campo proporcionan una ganancia de voltaje excelente con la caracterstica adicional de una alta impedancia de entrada. Adems son considerados como configuraciones de bajo consumo de potencia con un adecuado rango de frecuencia y un tamao y peso mnimos.

Todos los dispositivos JFET como los MOSFET de tipo decremental pueden emplearse para disear amplificadores que cuenten con ganancias similares de voltaje sin embargo el circuito MOSFET decremental tiene una impedancia de entrada mucho mayor que la de una configuracin JFET similar.

Gracias a las caractersticas de impedancia de entrada alta de los FETs el modelo equivalente de AC para de alguna forma ms simple que el utilizado por los BJTs. mientras que el BJT cuenta con factor de amplificacin (beta), el FET cuenta con un factor de transconductancia gm.

El FET puede emplearse como un amplificador lineal o como un dispositivo digital en circuitos lgicos. De hecho el MOSFET incremental es muy popular en los circuitos digitales, especialmente en los circuitos CMOS que requieren un consumo de potencia muy bajo. Los dispositivos FET tambin se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta frecuencia y en aplicaciones de circuitos de interfaz para computadoras.

La AV en los FETs con frecuencia menor que la obtenida para un BJT, pero la Zi es mucho mayor que los del BJT, en cambio la Z0 de salida son equivalente para ambos. La Ai ser una cantidad indeterminada debido a que la corriente de entrada en los FETs es 0A.

Modelo de pequea seal para el FETRecuerde que en DC, el voltaje de compuerta-fuente contra el nivel de la corriente de drenaje mediante la ecuacin de SHOCKLEY.El cambio en la corriente del drenador que se ocasiona por el cambio en el voltaje compuerta-fuente puede determinarse mediante el uso del factor de transconductancia gm de la siguiente forma:gm=transconductancia

DETERMINACION GRAFICA DE gmPendiente en el punto QPto Q=(-2.5 ; 3)ID(mA)VGSIDSSVpQ3224IDVGSCurva obtenida mediante

DEFINICION MATEMATICA DE gmDonde |Vp| denota solo la magnitud parar asegurar un valor positivo de gmCuando VGS=0 gm alcanza su valor maximo gm0, entonces:

En las hojas de especificaciones proporcionan gm como Yfs dondeY parmetro de admitancia.f parmetro de transferencia directa (forward)s revela que la terminal de la fuente es la referencia del modelo Para el JFET varia desde 1000 hasta 5000s o de 1-5 msGrafica de gm en funcin de VGSPor lo tantogm(s)VpVGS(V)gm0

Debido a que el factor es < 1 para cualquier Vgs 0, la magnitud

de gm disminuir a medida que Vgs se aproxime a Vp y que el cociente se

incremente en magnitud.

IMPACTO DE ID SOBRE gm

Ec. de SHOCKLEY:Entonces

Se puede graficar gm(s) en funcin de ID(mA) con los siguientes datos: Si ID = IDSS Si ID = IDSS/2 Si ID = IDSS/4

Ejemplo :Con IDSS=8mA y Vp=-4V. Graficar gm Vs. IDCon IDSS=4; gm=2.83msCon IDSS=2; gm=2ms gm(ms)ID(mA)gm0=

IMPEDANCIA DE ENTRADA Zi DEL FETEn forma de ecuacin:Para un JFET se tom un valor tpico de 109 (1000M), mientras que a los MOSFETs se tom un valor tpico de 1012 a 1015IMPEDANCIA DE SALIDA Z0 DEL FETEs de magnitud similar a la del BJT.En las hojas de especificaciones se representa como YS. Con VGS constanteEn forma de ecuacin: ID(mA)

CIRCUITO EQUIVALENTE DE AC PARA EL FETCIRCUITO DE POLARIZACIN PARA EL JFETPOLARIZACIN FIJADatos:VDD=20vRD=2kRG=1MVG=2VIDSS=10mAVP=-8VAsumiendo que el Pto Q:Pto. Q

Del anlisis DCAnlisis ACSi rd 10RD Z0=RD2510(2) 1Z0 =2k Z0 =25k//2k= 1.85kZ0ViRDRG V0+-GD

Como Vgs = ViReemplazando valores

Autopolarizacin; si rd 10RDZ0ViRDRG V0+GDZi-G

Con Vi =0VVRG=0V (cortocircuito)Por lo tanto en 1: gmVgs=ID+I0Y como ID=-I0Sin considerar rdViRDV0GDS+-RG RS gm VGSI0IDS

Considerando el efecto de rdViRDV0GDS+-RS I0IDSRG +-II0+ID

Si rd 10RD, entonces

Para ganancia de voltaje

Sustituyendo tenemos ; Si rd 10(RD+RS)

3) Divisor de voltajeSi

; Si Con desvo

Si

Sin DesvoZiZ0ViRDV0G R1 R2 + S RS D

Si; entoncesSi; entonces

Fuente Seguidor (Drenaje Comn)

Z0 al hacer Vi=0V se obtiene el siguiente circuito.LCK en el nodo SZiZ0ViRSV0G RG + S D + - VgsV0+ - Z0RSrdgmVgsVgsI0+ - S

La cual tiene el formato que la resistencia total de 3 resistencias en paralelo;;Si rd 10RS

Si no hay rd rd 10RS

Compuerta Comn Impedancia de entrada Zi;

Si rd 10RS Impedancia de salidaSi rd 10RS

GANANCIA DE VOLTAJE-+Si rd 10RD+-+-Av=gmRD

MODELO AC PARA MOSFETs DEL TIPO DECREMENTALEl hecho e que la ecuacin de Schockley sea tambin aplicable a los MOSFETs de tipo decremental da por resultado una misma ecuacin para gm. De hecho el modelo equivalente de Ac para los MOSFETs decremental es EXACTAMENTE el mismo que el utilizado para los FETs.

La nica diferencia que presentan los MOSFETs decremental es que VGS que puede ser positivo para los dispositivos de canal n y negativo para los de canal p. El resultado de esto es que gm puede ser mayor que gm0.

El rango de rd es muy similar al que se encuentra para los JFETs

gm VGSGS+-

Configuracin DIVISOR DE VOLTAJEDatos:IDSS=6mAVP=-3VYOS=10SDel anlisis DC:VBSQ=0.35VIDQ=7.6mA

Anlisis AC: ViPorque rd 10RD 100k 10(1.8k) 1

MOSFET`S DE TIPO INCREMENTALCANAL PCANAL NG;gm VGSDel anlisis DC: Como:

1) Configuracin de Retroalimentacin en DrenajeImpedancia de entrada:

Por lo general RF >> rd//RD Si rd >> 10RD

Impedancia de SalidaZ0RDRFrdVi=Vp=0VComo: RF >> rd//RDY si rd>>10RD

Ganancia de Voltaje

Como: gm >> 1/RFPor lo general RF >> rd//RD y rd >> 10RD

2) Configuracin de Divisor de VoltajeR1R2V0C1CSRS

DISEO DE REDES DE AMPLIFICADOR FET Disee la red de polarizacin fija para que tenga ganancia AC de 10. Es decir determine el valor de RDDebido a que:

EJERCICICIOSLOS SIGUIENTES EJERCIOS SON AMPLIFICADORES EN MULTIETAPA LOS CUALES TIENEN LOS TRES TIPOS DE TRANSISTORES VISTO EN CLASE

Datos:Q1: IDSS=10mA ; Vp=-4VQ2: IDSS=4mA ; Vp=-5VQ3: =50 ; VBC=0.7VCalcule:Puntos de Operacin,Expresin literal para AV, Zi, Z0Evale del literal b EJEMPLO

Anlisis DC:

Se obtiene:Q3: IBQ=92.4AQ1: Vgs1=-1.44VQ2: Vgs2=0V Anlisis AC:150kVi8.6MZMi1kR3R1REGBSDCEV0ZM0IBQgm Vgs1hiehfe+-VBQ1AV1AV2Q1

En Q2: Vgs2=0 ; Vs2=0 Vgs2=0 ; gmVgs=0 Abierto

Datos:Q1: IDSS=10mA ; Vp=-4VQ2: k=0.3mA/V2 ; VTH=1V ; Vgsq=8V Q3: =50 ; VBC=0.7V ; Ibq=10AEJEMPLO

Ib3

LCK nodo A

Ib3R51k+-VA

Impedancia de Entrada: LCK nodo B

Impedancia de Salida: