adelanto entrega final

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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍAECBTI

trabajo colaborativo 2

ELECTRÓNICA BÁSICA - GRUPO: 201419_26

TRABAJO COLABORATIVO 2

WILSON ANTONIO MUNAR GÓMEZ

CÓDIGO: 80543102

PRESENTADO A: JOSÉ LUIS GUTIÉRREZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA –UNAD

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CEAD ZIPAQUIRÁ

NOVIEMBRE DE 2014

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FASE 1: AMPLIFICADOR DE RF CON JFET

Los amplificadores de RF son usados para restaurar señales débiles que son captadas por una antena en los diferentes circuitos de transmisión y recepción de información, un ejemplo de esto es la radio FM. Construir en el simulador el siguiente amplificador con JFET que supondremos se aplicara para restaurar la baja amplitud de la señal recibida por la antena de un receptor de radio FM cuyas frecuencias de operación se ubican en la banda de VHF.

Se debe polarizar el Amplificador en un punto Q llamado también punto estable para que el JFET logre amplificar linealmente la señal. Basándonos en las características de transferencia del JFET 2N3819 optamos por elegir los siguientes parámetros para el diseño:

Dónde: ID= 3mA, VD= 10V y VCC= 20V. De catálogo Tememos: IDSS puede Variar de 2mA a 20mA… para nuestro diseño Tomaremos IDSS=16mA y VGS (off) = -3V

Dadas Las Formulas:

VGS (off) = - VP RD = (VCC – VD) / ID VGS = - ID∙ RS AV = -Gm∙ RD

RS = VGS (off) / IDSS RG = 1MEGΩ Gm = ID / VGS Zo ≈ RD

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Completar luego de los cálculos La Tabla:

ID=3mA

VD=10

VCC=20

Tememos: IDSS puede Variar de 2mA a 20mA… para nuestro diseño miramos

IDSS=16 mA

VGS (off )=−3 V

DADAS LAS FORMULAS

VGS (off )=−3 V

RD=(VCC – VD )

ID=3333 .33 Ω

VGS=−ID ∙ RS=1875 V

AV=−Gm∙ RD=5.33

RS=VGS (off )

IDSS=−187.5 Ω

RG=1 MEGΩ

Gm= IDVGS

=1.6 X 10−6

Zo ≈ RD

TABLA

RS RD RG VGS GM AV

-187.5 33333.33 1 MEG 1875 V 1.6∗10−6 5.33

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Simular en análisis transitorio dibujando al menos 3 ciclos de la señal de 80 MHz de frecuencia generada por Vin, incluir pantallazo de gráficas de la señal de entra y la de salida.

¿Cuál es el tipo de Polarización aplicada al JFET del Circuito?

Configuración de auto polarización.

1.4. ¿VGS = VG – VS? ¡Justifique su respuesta!

1.5. Explicar detalladamente el funcionamiento de los MOSFET de empobrecimiento y de enriquecimiento.

Existen dos tipos de transistores MOSFET: de tipo decremental y de tipo incremental. Los términos decremental e incremental se refieren a su forma básica de operar, mientras que MOSFET significa transistor de efecto de campo metal- oxido-semiconductor.

MOSFET DE TIPO DECREMENTAL

Estos permiten realizar un análisis parecido de cada uno de en el dominio de DC. La principal diferencia entre ambos, es el hecho de que el MOSFET de tipo decremental permite

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puntos de operación con valores positivos de VGS Y niveles de ID que exceden a IDSS; de hecho para todas las configuraciones hasta aquí analizadas, el análisis es el mismo si el FET se reemplazara por un MOSFET de tipo decremental.

La única parte no definida del análisis es la forma de graficar la ecuación de shockley para valores positivos de VGS, es ahí donde nace una interrogante que es ¿hasta dónde deberá extenderse la curva de transferencia hacia la región de valores positivos de VGS y hacia valores de ID mayores que IDSS? El cual lo podemos explicar de una forma que si la mayoría de situaciones, este intervalo requerido se encontrará bien definido por los parámetros del MOSFET y por la línea de polarización resultante de la red. Algunosejemplos mostraran el impacto del cambio en el dispositivo sobre el análisis resultante. De tipo decremental (todas las configuraciones arriba de los casos positivos donde = +voltaje) polarización Fija VGSQ=+VGG VDS= VDD – IDR S

De tipo decremental polarización mediante divisor de voltaje

VG= R 2 VDD/ (R 1+ R 2)

VGS= VG-ISRS

VDS=VDD- ID(R D+ R S)

La construcción del MOSFET de potencia mejora el tipo se muestra en la figura anterior. Este es un device Howeyer de canal n como se ve en la figura, el p- sustrato se extiende hasta la capa. Este dióxido de silicio, no hay canal n entre drenaje y la fuente.

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La figura anterior muestra la conection. Cuando la tensión de puerta es cero, la batería de drenaje trata de empujar a los electrones libres a la drian. However el sustrato p tiene solo unos pocos electrones libres producidos térmicamente y electrones algunos debido a la perdida de la superficie. Por lo tanto, la corriente de drenaje es la puerta casi cero when es positivo (V_GS 0) la puerta atrae a los electrones libres en la región p-sustrato esos electrones libres se recombinan con los huecos cerca de dióxido de silicio layer-whenV_GS es lo suficientemente grande como todos esos agujeros cerca de la capa de dióxido de silicio han recombinado y electrones comienza a fluir desde el origen al efecto drain-the. Es como si una capa tipo n entre La fuente y el drenaje ha sido created this n-tipo decapa es de tipo n capa de inversión. Cuando esta capa se forma, el transistor esta encendido y de electrones libres pueden fluir fácilmente desde el origen hasta drainthis valor mínimo de V_GS que puede crear la capa de inversión que se conoce como tensión umbral de la puerta V_(GS(t))).

Así el transistor está apagado cuando V_GS <V_ (GS (th)) y cuando V_GS>V_ (GS (th)). Así la capacidad de llevar a cabo la mejora de los MOSFET de tipo depende de la acción de tipo n layer-V gsth inversión varia de 1 a 5 V para estos dispositivos.

MOSFET DE TIPO DECREMENTAL CANAL N.

La construcción básica de un MOSFET de tipo decremental de canal n se esquematiza en la figura 13. Una “plancha” de material tipo p se forma en una base de silicio y se le denomina sustrato. Es el cimiento sobre el que se construirá el dispositivo. En algunoscasos el sustrato se conecta internamente con la terminal fuente, sin embargo, muchos dispositivos discretos suministran una terminal adicional denominada SS, resultando un dispositivo de cuatro terminales, como aparece en la figura 13. Las terminales de fuente y drenaje se conectan a través de contactos metálicos a las regiones con dopado tipo n unidas mediante un canal n, como se muestra en la figura. La compuerta también se conecta a una superficie de contacto metálico pero permanece aislada del canal n por una capa muy delgada

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aislante de dióxido de silicio (SiO2) conocido como un dieléctrico. E hecho de que la capa de SiO2 sea una capa aislante revela el hecho siguiente: no hay una conexión eléctrica directa entre la terminal de compuerta y el canal para un MOSFET. Además la capa aislante de SiO2 en la construcción del MOSFET es la que cuenta para la muy conveniente alta impedancia de entrada del dispositivo.

Figura: Mosfet de decrecimiento o empobrecimiento.

De hecho, la resistencia de entrada de un MOSFET es con frecuencia mayor a la del JFET típico, aun cuando la impedancia de entrada de la mayoría de los JFET sea suficientemente alta para la mayor parte de las aplicaciones. La muy alta impedancia de entrada continúa para soportar el hecho de que la corriente de compuerta (IG) es esencialmente de cero amperes para las configuraciones polarizadas de CD. La razón para el nombre FET metal. Oxido semiconductor es ahora bastante obvia. El metal por las condiciones de compuerta, fuente y drenaje a la superficie, el óxido de silicio, y el semiconductor por la estructura básica sobre las que se difunden las regiones tipo n y p. la capa aislante entre la compuerta y el canal ha dado resultado a otro nombre para el dispositivo: FET de compuerta aislada (insulated-gate) o IGFET, aunque esta denominación se utiliza cada vez menos en la literatura actual.

Operación y características básicas del MOSFET de empobrecimiento.

En la figura #14 el voltaje compuerta-fuente se fija a cero voltios por la conexión directa de una terminal a otra, y se aplica un voltaje VDS a través de las terminales drenaje-fuente. El resultado es una atracción de los electrones libres del canal n por el potencial positivo del drenaje y una corriente similar a la establecida a través del canal del JFET. De hecho, la corriente resultante con VGS= O V continua denominándose IDSS.

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Figura MOSFET de decremental de canal n con VGS = O V y un voltaje aplicado VDD

Si observamos el voltaje entre gate y source, podemos decir que este voltaje puede ser tanto negativo (empobrecimiento) o positivo (enriquecimiento), pues el canal se ensancharía más y por lo tanto se tendrá una mayor corriente de drain. La figura a continuación muestra la curva del MOSFET de enriquecimiento. Construcción básica de un MOSFET de tipo incremental o de enriquecimiento. Una variación de los MOSFET de tipo incremental o de enriquecimiento para que trabaje en modo de enriquecimiento exclusivamente, corresponde a la estructura que muestra la figura siguiente:

Figura: Mosfet de enriquecimiento canal N

Como se observa en la figura siguiente no existe canal entre Drain y Source, por tanto, la polarización del gate debe crearlo, para ello, se tiene que polarizar el Gate positivo, demanera de atraer los electrones libres del sustrato p creando así un canal artificial. Para ello, los manuales entregan el voltaje mínimo requerido para la construcción del canal N y se denomina voltaje umbral VGSth.En este caso las curvas

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características del MOSFET de enriquecimiento canal N, solo contienen voltajes positivos entre Gate y Source, sin embargo se debe tener en cuenta que la curva de transconductancias es: IDK=VGS + VGS Donde k es una constante que depende de cada MOSFET. El circuito de polarización más característico para un MOSFET de enriquecimiento canal N se muestra en la siguiente figura.

Figura Mosfet

El sustrato está formado por una capa de material tipo p de silicio. En algunos casos, el sustrato está conectado internamente con la fuente y solo presenta tres terminales. El drenaje y la fuente están formados de material tipo N unidos por un canal también de material tipo N. la puerta está conectada a una capa muy delgada de óxido de silicio. El óxido de silicio es aislante, lo explica la alta impedancia de estos dispositivos.

Para valores positivos de la tensión de puerta VGS la corriente de drenaje aumentará. Vemos que la aplicación de una tensión positiva a la puerta incrementa la intensidad de drenaje. Por esta razón, a esta zona de tensiones de puerta positiva se le denomina región incremental

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MOSFET DE TIPO DECREMENTAL CANAL P

Las similitudes que hay en la apariencia entre las curvas de transferencia de los JFET y delos MOSFET de tipo decremental permiten un análisis similar de cada uno en el dominio de DC. La diferencia más importante entre los dos es el hecho de que el MOSFET de tipo decremental permite puntos de operación con valores positivos de VGS y niveles de ID que exceden IDSS. De hecho, para todas las configuraciones realizadas hasta ahora, el análisis es el mismo si el JFET se reemplaza por un MOSFET de tipo decremental .La única parte sin definir en el análisis consiste en la forma de graficar la ecuación de Shockley para los valores positivos de VGS. ¿Qué tan lejos debe extenderse la curva de transferencia en la región de valores positivos de VGS y valores de ID mayores que IDSS? Para la mayoría de las situaciones este rango estará bien definido por parámetros del MOSFET y por la recta de polarización que se obtuvo de la red. Unos cuantos ejemplos indicaran el impacto del cambio de dispositivo en el análisis obtenido. La construcción de un transistor MOSFET de tipo decremental de canal P es exactamente de forma inversa al de canal N, pero cambian el sustrato que es de material tipo N y el canal drenador-fuente que es de tipo P. como consecuencia las polaridades ydirecciones de corriente también están invertidas. Las características y el modo defuncionamiento son similares al tipo de canal N.

En la figura siguiente se han dibujado los símbolos de los transistores MOSFET.

a) Tipo decremental canal N. b) tipo decremental canal

MOSFET DE TIPO INCREMENTALES

Las características de transferencia del MOSFET de tipo incremental son muy diferentes de las encontradas para el JFET y los MOSFET de tipo decremental. Lo primero y quizás más importante es recordar que para el MOSFET de tipoincremental de canal N, la corriente de drenaje es 0 para aquellos niveles de voltaje compuerta- fuente, menos que el nivel de umbral VGS (Th.). Para los niveles de VGS mayores que VGS (Th.), la corriente de malla se define mediante:

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ID =kVGS - VGS (Th))2

Ya que las hojas de especificaciones por lo general proporcionan el voltaje del umbral y un nivel de corriente de drenaje (ID (encendido)), así como su nivel correspondiente de VGS (encendido) pueden definirse dos puntos de inmediato. Para completar la curva, primero tiene que determinar la constante k de la ecuación a partir de los datos de las hojas de especificaciones mediante la sustitución en la ecuación y resolviendo para k de la siguiente manera:

ID = kVGS - VGS (Th))

Una vez que k está definida, pueden calcularse otros niveles de ID para los valores seleccionados de VGS. Por lo general, un punto entre VGS (Th) y VGS (encendido) y uno poco mayor que VGS (encendido)

La construcción del MOSFET tipo incremental es similar a la del tipo decremental, la única diferencia es que suprime el canal tipo N que une las regiones de drenaje y fuente. Si entre el drenaje y fuente se le aplica una tensión, siendo la tensión de puerta V_GS=0 , el resultado será una ausencia de corriente entre las terminales de drenaje y fuente, debido a que existen dos regiones P-N con polarización entre las regiones N y el sustrato P. Si se le aplica una pequeña tensión positiva a la puerta, respecto a la fuente, se apreciara una corriente del drenador a la fuente. Conforme la tensión de puerta V_SG del que resulta un incremento significativo de la corriente de drenaje se denomina tensión de umbral, con símbolo V_T (del inglés threshold).Puesto que al aumentar la tensión de puerta aumenta la corriente de drenaje, a este tipo de MOSFET se le conoce con el nombre d incremental.

Cuando VGS se incrementa más allá de la tensión de umbral, se incrementa la intensidad de drenaje, sin embargo, si se mantiene constante VGS y solo se aumentala tensión VDS., la corriente de drenaje alcanzara un nivel de saturación como ocurría en el JFET y en el MOSFET

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decremental. Nótese el amplio espaciamiento entre los niveles de ID cuando aumenta el nivel de VGS

MOSFET TIPO INCREMENTAL CANAL P

La construcción de un transistor MOSFET de tipo incremental P es exactamente de forma inversa al de canal N. pero cambian el sustrato que es el material tipo N y el canal drenador-fuente que es de tipo P. como consecuencia, las polaridades y direcciones de corriente están invertidas. Las características y el modo de funcionamiento son similares al tipo de canal N.

TIRISTORES

FASE 2: CONTROL DE FASE DE MEDIA ONDA Cuando se pretende desarrollar un control del ángulo de encendido del SCR partiendo de la misma tensión que alimenta a la carga, es preciso recurrir a circuitos capaces de retardar la señal de disparo durante un intervalo regulable mientras transcurre todo el semiciclo de conducción del dispositivo. La configuración más sencilla para conseguirlo se puede materializar utilizando una red desfasadora serie R-C, a cuyos extremos se aplica una fracción de la tensión que ha de estar presente en la carga. La propia naturaleza de la red R-C introduce un desfase variable entre 0° y 90° respecto de la tensión aplicada, pudiéndose conseguir con una adecuada relación de valores resistencia capacidad un control pleno de la corriente por la carga entre el 0 ° y prácticamente los 180°.

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En el circuito de la figura 2 la red desfasadora está formada por R1 + P1 y C, que tiene aplicada la tensión presente entre ánodo y cátodo del SCR. La señal de control, variable en fase y amplitud por la acción de P1 se extrae en extremos de C y se aplica entre puerta y cátodo a través de la resistencia limitadora R2 y el diodo D1 que previene la descarga de C durante los semiciclos negativos. En el análisis del funcionamiento del control debe tenerse presente que cuando el valor de la reactancia que presenta C es mucho mayor que el de la resistencia serie asociada con éste R1 + P1 (P1 al mínimo), el circuito se comporta como capacitivo, la tensión que se extrae del condensador es máxima y se puede considerar en fase con la tensión aplicada; la conducción del SCR se produce casi al inicio de cada semiperiodo positivo. 2.1. Montar en el simulador el circuito de la Figura 2. (Anexe imagen del circuito al informe).

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2.2. Realizar la simulación anexe la gráfica que muestre al menos 4 ciclos de la tensión entrada V1 y la de la tensión en la carga RL ¿Que ha notado?

adelanto entrega final

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