Download Descargar - EETP Nº 460

Instrumentacion y Control
Transistores FET y MOSFET
FET´s y MOSFET´s, Tipos, Zonas de trabajo,
Aplicaciones
5° E – ELECTROMECANICA
2010
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
TRANSISTORES FET
TRANSITORES FET o JFET: Con los transistores bipolares observábamos
como una pequeña corriente en la base de los mismos se controlaba una
corriente de colector mayor. Los transistores de Efecto de Campo son
dispositivos en los que la corriente se controla mediante tensión. Cuando
funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es
proporcional a la tensión aplicada a la entrada.
Características generales:
Por el terminal de control no se absorbe corriente.
Una señal muy débil puede controlar el componente (VGS)
La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.
EL FET, ya no se trata de una combinación tan sencilla entre los
semiconductores como en el caso de los transistores N-P-N, P-N-P. Ahora la
forma de obtenerlos es algo más rebuscada. Sin embargo, sus propiedades
hacen que merezca la pena su fabricación, ya que son utilizados en gran
medida por los fabricantes de circuitos electrónicos.
Estructura de un Fet
Tipos de FET`s
Básicamente existen 2 tipos de FET´s, del tipo canal N y del tipo canal P
Zonas de Trabajo del FET
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
2
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
Para estudiar su comportamiento, vamos a dejar fija la tensión entre la puerta y
la fuente, VGS, y vamos a suponer que variamos la tensión entre el drenador y
la fuente, VDS. La respuesta del transistor a este tipo de variaciones las
podemos ver en la gráfica.
Se pueden distinguir, al igual que un transistor Bipolar, cuatros zonas según
vamos aumentando el potencial VDS, estas son: zona óhmica, zona de Corte,
zona de saturación y zona de ruptura.
En la zona óhmica, el transistor se comporta como una resistencia (óhmica), es
decir, si aumentamos el potencial, VDS, crece la corriente (I) en la misma
proporción; esta situación se mantiene así hasta que el potencial alcanza un
valor aproximadamente de unos cinco voltios. A partir de este valor, si
seguimos aumentando esa diferencia de potencial entre drenador y fuente, es
decir, si seguimos aumentando VDS, el transistor entra en la zona de
saturación. Aquí su comportamiento es totalmente distinto al anterior, ya que,
aunque se siga aumentando VDS, la corriente permanece constante. Si
seguimos aumentando el potencial VDS de nuevo, llegamos a un valor de éste
a partir del cual el comportamiento del transistor vuelve a cambiar. Este valor
viene a ser del orden de 40 voltios. Decimos entonces que hemos entrado en la
zona de ruptura. A partir de este punto la corriente (I) puede circular libremente,
independientemente de que sigamos aumentando el valor de VGS. Es esta la
razón por la cual los JFET se pueden utilizar como interruptores de encendido y
apagado (ON/OFF); propiedad esta fundamental en la computación. Un JFET
se encuentra en estado OFF o zona de corte (interruptor cerrado) cuando VDS
es cero, ya que no pasa corriente alguna, es decir, en esta región la intensidad
entre drenador y fuente es nula (ID=0).En este caso, la tensión entre puerta y
fuente es suficientemente negativa que las zonas de inversión bloquean y
estrangulan el canal cortando la corriente entre drenador y fuente, en las hojas
técnicas se denomina a esta tensión como de estrangulamiento o pinch-off y se
representa por VGS(off) o Vp. Ejemplo: el BF245A tiene una VGS (off)= -2V.En
estado ON (interruptor abierto) cuando VDS pasa de los 40 voltios.
Evidentemente, estos valores reales dependerán del tipo de transistor del que
hablemos, ya que existen FET para circuitos integrados y FET de potencia;
estos últimos con valores algo mayores que los primeros.
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
3
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
En la gráfica se observa el comportamiento de un JFET según vamos aumentando la tensión Vds
.
TRANSISTORES MOSFET
Por último, vamos a hablar del transistor más utilizado en la actualidad, el
MOSFET, mas conocido como MOS. La estructura de este transistor es la más
complicada de entre todos los vistos hasta ahora. Consta de los ya conocidos
semiconductores P-N, colocados ahora de una nueva forma, y de un original
material aislante, como es el dióxido de silicio; esta pequeña adición de la capa
del óxido va a cambiar considerablemente las propiedades del transistor
respecto a las que tenía el JFET.
Existen dos tipos de MOSFET: cuando tengamos una zona de tipo P y dos de
tipo N lo llamaremos MOSFET de canal n (o NMOS) y, por el contrario, si hay
una sola zona de tipo N y otras dos de tipo P se llamará MOSFET de canal P
(PMOS). Inicialmente, fueron los transistores PMOS más utilizados que los
NMOS debido a su mayor fiabilidad, mejor rendimiento y mayor sencillez en la
fabricación. Sin embargo, las mejoras en la tecnología de producción de estos
transistores han hecho que los PMOS queden relegados a un segundo plano.
La razón de esto se debe a que los PMOS están basados en la movilidad de
los huecos, y los NMOS funcionan gracias al movimiento de los electrones, y
estos son aproximadamente tres veces más rápidos que los huecos.
Canal P o PMOS
Canal N o NMOS
A pesar de parecer más complicada, a simple vista, su estructura, son más
fáciles de fabricar que los transistores de unión bipolar BJT y otra de sus
ventajas es que ocupan menos espacio. Esta es una de las razones por las que
los sistemas integrados, es decir, aquellos que poseen un gran número de
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
4
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
componentes en muy pequeño espacio, usan principalmente este tipo de
transistores en lugar de los BJT. Otra razón es que los MOSFET se pueden
conectar de tal forma que actúen como condensadores o como resistencias.
Por tanto, podemos conseguir resistencias o condensadores del tamaño de un
MOSFET, el cual es muchísimo más pequeño que las resistencias o
condensadores que podemos observar al abrir cualquier aparato electrónico.
Así pues, existen circuitos completos que están exclusivamente compuestos de
MOSFET.
Principio de operación de un MOSFET
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)
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.
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
5
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
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.
Zonas o Estado de Funcionamiento del MOSFET:
Estado de corte
Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en
estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador
aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos. También se llama
mosfet a los aislados por juntura de dos componentes...
Conducción lineal
Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se
crea una región de deflexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si
esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones
en nMOS, huecos en pMOS) en la región de deflexión que darán lugar a un
canal de conducción. El transistor pasa entonces a estado de conducción, de
modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una
corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la
tensión de puerta.
Saturación
Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de
conducción bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del
drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe,
ya que es debida al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente
de la diferencia de potencial entre ambos terminales.
Aplicaciones
Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:
APLICACIÓN
PRINCIPAL VENTAJA
USOS
Aislador o separador
(buffer)
Impedancia de entrada alta Uso general, equipo de medida,
y de salida baja
receptores
Amplificador de RF
Bajo ruido
Sintonizadores de FM, equipo para
comunicaciones
Mezclador
Baja distorsión de ínter
modulación
Receptores de FM y TV,equipos para
comunicaciones
Amplificador con
CAG
Facilidad para controlar
ganancia
Receptores, generadores de señales
Amplificador cascada Baja capacidad de entrada Instrumentos de medición, equipos de
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
6
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electromecánica
prueba
Trazador
Ausencia de deriva
Amplificadores de cc, sistemas de control
de dirección
Resistor variable por
voltaje
Se controla por voltaje
Amplificadores operacionales, órganos
electrónicos, controlas de tono
Amplificador de baja
frecuencia
Capacidad pequeña de
acoplamiento
Audífonos para sordera, transductores
inductivos
Oscilador
Mínima variación de
frecuencia
Generadores de frecuencia patrón,
receptores
Circuito MOS digital
Pequeño tamaño
Integración en gran escala,
computadores, memorias
Resumen
Podemos decir entonces que un FET funciona de manera similar a un transistor
BJT o Bipolar con la salvedad que en el FET la corriente de salida es
controlada por medio de un voltaje de entrada a diferencia de un Transistor
Bipolar el cual maneja la corriente de salida por medio de la corriente de
entrada
Además vimos que un FET se polariza en forma inversa entre sus terminales,
de esta forma se logra una alta impedancia de entrada, obteniendo así una
corriente mínima para que entre en funcionamiento, Una de las características
principales del FET.
Resumiendo, acabamos de conocer varios dispositivos electrónicos para
incorporar a nuestros circuitos; estos son: los transistores de unión bipolar
(BJT), los transistores de efecto de campo (FET) y los FET con una capa de
óxido metálico (MOSFET).
Bibliografía:
Electrónica UNICROM
www.mit.ocw.universia.net
Adoración Hermoso Fernández
Universidad Nacional Autónoma de México
08/08/2017
2008
5º E – Electromecánica
7