Download Transistores MOS - Electromagnetismo

UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
ELECTROMAGNETISMO EN ESTADO SÓLIDO II
Profesor: Vallhonrat, Carlos
Alumnos:
Buzurro, Valeria
Capdevila, Facundo
Carballo, Martin
Malatesta, Carlos
Pandullo, Daniela
Pellicciaro David
Comisión: A
Sede: Centro
Turno: Noche
UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
Facultad de Tecnología Informática
Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Introducción .................................................................................................................................. 3
Familias lógicas .......................................................................................................................... 4
Circuitos digitales ...................................................................................................................... 4
Lógica Binaria ................................................................................................................................ 4
Compuerta AND ........................................................................................................................ 5
Compuertas Lógicas ...................................................................................................................... 5
Construcción de compuertas lógicas ............................................................................................ 6
TTL ................................................................................................................................................. 6
Desarrollo de la práctica TTL: .................................................................................................... 6
Posiciones de las llaves. ............................................................................................................ 7
Primer Caso ........................................................................................................................... 7
Segundo caso......................................................................................................................... 8
Tercer caso ............................................................................................................................ 9
Cuarto Caso ......................................................................................................................... 10
DTL............................................................................................................................................... 11
Primer Caso ......................................................................................................................... 12
Segundo Caso ...................................................................................................................... 13
Tercer Caso .......................................................................................................................... 14
Cuarto Caso ......................................................................................................................... 15
Transistores MOS ........................................................................................................................ 16
Principios de operación ........................................................................................................... 16
Primer Caso ......................................................................................................................... 18
Segundo Caso ...................................................................................................................... 18
Tercer Caso .......................................................................................................................... 19
Cuarto Caso ......................................................................................................................... 19
Bibliografía .................................................................................................................................. 20
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Facultad de Tecnología Informática
Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Introducción
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Facultad de Tecnología Informática
Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Familias lógicas
Familia lógica es un conjunto de circuitos integrados que son fabricados utilizando una puerta
básica determinada. Las características esenciales de cada familia lógica son:
1) Todos los circuitos de una misma familia poseen propiedades eléctricas y
temporales similares, es decir, los mismos parámetros de conmutación. Como
consecuencia de esto último,
2) Todos los circuitos de una misma familia se pueden conectar entre sí
directamente.
En función del tipo de transistor utilizado para realizar las puertas, hay dos grandes grupos de
familias:
- Familias Bipolares: Utilizan como base el BJT (Familias TTL, ECL, etc.).
- Familias MOS: Utilizan el transistor MOS (Familias NMOS, CMOS, etc.).
Circuitos digitales
Los circuitos digitales utilizan señales lógicas para el procesado de la información. Estas señales
toman valores discretos (“0” y “1”).
Por contra, las señales eléctricas que soportan físicamente a las digitales, se componen de
tensiones e intensidades, que evolucionan en el tiempo a una determinada velocidad. La
caracterización de un circuito lógico supone relacionar las señales eléctricas, reales, con el
modelo lógico empleado en circuitos digitales, teniendo en cuenta naturaleza eléctrica de las
estas señales. Para ello se definen una serie de parámetros (denominados parámetros de
conmutación) y variables adecuada que modelen el comportamiento de los circuitos digitales
en función de su realización y permitan distinguirlos a unos de otros dependiendo de sus
prestaciones.
Lógica Binaria
La lógica binaria se ocupa de variables que adoptan dos valores discretos y de operaciones que
asumen un significado lógico. Los dos valores que pueden adoptar las variables reciben
diferentes nombres
 Verdadero, Falso
 Si, No
 Alto, Bajo
 Uno, Cero
La lógica binaria consiste en variables binarias y operaciones lógicas existiendo 3 operaciones
básicas AND, OR, y NOT.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Compuerta AND
Esta operación se representa con un punto (•) o bien omitiendo el operador por ejemplo:
a•b = z
ab = z
Estas operaciones se leen como “a AND b es igual a z”
La operación lógica AND significa que z = 1 solo si a = 1 y b = 1, en cualquier otro caso z = 0 (a y
b son variables binarias y solo pueden tener un valor de 1 ó 0).
Tabla que represente la operación AND.
Operación AND
a
b
z
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Compuertas Lógicas
Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos que operan con una o más señales de
entrada para producir una señal de salida.
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Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
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Trabajo Final Compuerta AND
La operación lógica AND se representa de manera gráfica utilizando el siguiente símbolo:
Construcción de compuertas lógicas
La construcción de compuertas lógicas se puede realizar utilizando diferentes componentes
tales como relevadores, diodos, transistores, etc.
 A la lógica basada en transistores se denomina TTL.
 A la lógica basada en diodos-transistores se denomina DTL.
TTL
TTL: Transistor-transistor logic, "lógica transistor a transistor".
Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de
entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo.
Características.
 Su tensión de alimentación está comprendida entre los 4,75v y los 5,25V
(normalmente trabaja con 5V.
 Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y
0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto).
 Poseen algo consumo de energía motivo por el cual surgieron diferentes versiones
La principal desventaja de los circuitos integrados TTL Standard, es que poseen un alto
consumo de potencia.
Existen varias subfamilias TTL que mejoran la velocidad y consumo de potencia de varias
formas.
Desarrollo de la práctica TTL:
La implementación de esta compuerta se basa en la operación de los transistores en la
región de corte y de saturación, estas regiones de operación le permiten al transistor.
1. En la región de corte eliminar el flujo de corriente a través del transistor
2. En la región de saturación que fluya la corriente por el transistor.
Estos 2 puntos de operación le permiten al transistor comportase como un interruptor
abierto o cerrado.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Posiciones de las llaves.
Primer Caso
En el caso A tenemos un circuito abierto esto se debe a que tenemos los dos interruptores
abiertos.
Tanto el transistor T1 como el transistor T2 están cortados porque el Ib de ambos es 0 (cero).
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Segundo caso
Se cerró el interruptor [E] y se verifica que la lámpara no prende.
El transistor T1 está cortado y el transistor T2 está saturado.
En este circuito podemos visualizar que el interruptor [E] fue cerrado y empieza a circular
corriente por esa rama del circuito.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Fecha
09/08/2017
Año: 2017
Trabajo Final Compuerta AND
Tercer caso
Se realizó el cierre del interruptor [Space], el interruptor [E] permanece abierto y se
comprueba nuevamente que la lámpara no enciende.
El transistor T1 está saturado y el transistor T2 está cortado.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Cuarto Caso
Los dos interruptores se encuentran cerrados, con lo cual, se visualiza que la lámpara de
prueba (salida) se encuentra encendida.
Podemos visualizar que la salida está encendida (en verde)
Ambos transistores T1 y T2 se encuentran saturados.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
DTL
La Diode-transistor logic (DTL), o lógica diodo-transistor, es una categoría de circuitos digitales
inmediatamente anterior a la lógica transistor-transistor. Recibe ese nombre porque la función
de la puerta lógica (p.e., AND) la realiza una red de diodos mientras que la función de
amplificación es realizada por un transistor (esto contrasta con la lógica TTL).
Es un diodo que trabaja con tensiones de
y
. Al tener una
tensión de base de -2V se necesitaba una fuente adicional.
Ventajas de las DTL
 Buena flexibilidad lógica.
 Compatibilidad de niveles lógicos con TTL.
 Baja generación de ruidos.
 Buen fan-out.
 Disipación media de potencia 12 mW.
Desventajas de las DTL
Relativamente baja velocidad por su alta impedancia de salida a nivel alto entre 30 y 50
ns. Umbrales dependientes de la temperatura en mayor grado que en otras familias. Alta
impedancia de salida a nivel alto y en consecuencia baja inmunidad al ruido.
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Facultad de Tecnología Informática
Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Primer Caso
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Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Segundo Caso
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Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Tercer Caso
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Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Cuarto Caso
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Transistores MOS
Los transistores MOS (Metal Oxido Semiconductor) o MOSFET o transistores de puerta aislada
fueron la evolución de los transistores JFET.
Dependiendo del tipo de canal con el que se realicen y de la forma de fabricarles recibieron
diferentes nomenclaturas, a saber: NMOS y PMOS para transistores MOS de canal N y canal P
respectivamente
El transistor MOS debe su nombre a la disposición de los elementos que lo componen. Los
contactos con el exterior se realizan mediante la vaporización de Aluminio (Metal). Éstos
contactos están unidos a un único tipo de material semiconductor N o P (Semiconductor), que
forman los contactos de Drenador y Fuente, que a su vez se encuentran inmersos en un
material que hace de substrato del conjunto, de material contrario al semiconductor utilizado
en los terminales. Por último, los elementos citados se encuentran separados por una fina
capa de dióxido de Silicio (Aislante).
El conjunto así formado (Metal-Oxido-Semiconductor) se le denomina transistor MOS de
efecto de campo o MOSFET.
Dependiendo de los materiales utilizados podemos conseguir dos tipos de transistores MOS,
los de canal N y los de canal P.
Principios de operación
Si comenzamos a aplicar una tensión pequeña al terminal de puerta (Gate) del MOS, se
comienza a producir una acumulación de cargas entre los terminales de Drenador (Drain) y
Fuente (Source). Si continuamos aumentando paulatinamente esta tensión, los electrones
minoritarios del substrato se comenzarán a acumular junto al aislante (SiO2). Esta
acumulación, debido a la diferencia de potencial aplicada, se estratificará en zonas o capas con
diferente concentración de electrones.
Llegará un valor de tensión a la cual, la acumulación de electrones sea tal que forme un canal
de conducción entre los terminales de Drenador y Fuente, que hasta ahora no existía. A esta
acumulación o capa de portadores minoritarios se la denomina capa de inversión.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Conclusión.




El mosfet gracias a su gran velocidad de conmutación presenta una gran versatilidad
de trabajo; este puede reemplazar dispositivos como el jfet.
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.
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.
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.
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Docente: Vallhonrat, Carlos
Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Primer Caso
Segundo Caso
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Materia: EES II
Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Año: 2017
Fecha
09/08/2017
Trabajo Final Compuerta AND
Tercer Caso
Cuarto Caso
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Sede: Centro
Comisión: 5ºB
Turno: Noche
Fecha
09/08/2017
Año: 2017
Trabajo Final Compuerta AND
Bibliografía
http://electronicaradical.blogspot.com.ar/2011/02/logica-transistor-transistor-ttl.html
http://es.wikipedia.org/wiki/DTL
http://www.dte.us.es/tec_inf/itis/tcomp/Tema5/Tema5.pdf
http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7891/mod_resource/content/1/Capitulo_7__Transistores_MOS.pdf
http://tamarisco.datsi.fi.upm.es/ASIGNATURAS/FFI/apuntes/Tema_6_1_Trans_MOS.pdf
http://ocw.usal.es/ensenanzastecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema5_CircConmutac.pdf
http://tutorialcid.es.tl/Familia-DTL.htm
http://www.ecured.cu/index.php/Familia_l%C3%B3gica_DTL
http://diec.unizar.es/~tpollan/libro/Apuntes/dig10.pdf
http://www.falstad.com/circuit/
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