TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET)

El transmisor de efecto de campo(fet) es un dispositivo de 3 terminales . El transistor JFET es un dispositivo controlado por voltaje. Para el FET la corriente Ia será un función de voltaje VGS aplicando al circuito de entrada como se observa en la siguiente figura.

FET

ID

+

-

VGS (voltaje de control)

L a I del circuito de salida esta controlado por parámetro del circuito de in.

Hay transistores FTE de canal N y de canal P. El FET es un dispositivo que depende únicamente de la conducción o bien, de electrones ( canal n) o de huecos (canal p).

CONSTRUCCION Y CARACTERISTICAS DE LOS JFET

La construcción básica del JFET de canal n obsérvese que la mayor que la mayor parte de la estructura es del material de tipo n que forma el canl entre las capas interiores del material tipo P.

REGION DE AGOTAMIENTO O FUENTE (S)

CONTACTOS OHMICOS

DRENAJE (D)

P N P

CANAL N

COMPUERTA (G)

La parte superior del canal tipo n se encuentra conectada por medio de un contacto óhmico a la terminal referida como el drenaje (d), mientras quie el extremo por medio de un contacto óhmico a una terminal referido como la fuente (s), conectados entres si y también a una terminal de compuerta g.

Por tanto el drenaje y la fuente se hallan conectados a los extremos del canal del tipo n y la entrada a las dos capas de material tipo p.

Durante la ausencia de cualquier potencial el JFET tiene dos emisiones p-n bajo condiciones sin polarización. El resultado es una región de agotamiento en c/ unión, lo cual se asemeja a la región de un diodo de polarización.

La región de agotamiento es aquella que no presenta portadores libres y es por tanto, incapas de soporta la conducción a través de la región.

Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET.

DIBUJO DE UNA LLAVE

La compuerta mediante una señal aplicada (potencia), controla el flujo de electrones hacia el drenaje.

Q12N5114

Q22N3967

canal N

G

S

G

S

D

canal P

Característica y Parámetros del JFET.

VGS =0 VDS algún valor positivo

En la siguiente figura se a aplicado un voltaje positivo VDS a través del canl y la entrada se conecto directamente a la fuente con objeto de establecer la condición VGS=0. A medida que VDD (por tanto VDS) se incrementa desde cero la Id crece proporcionalmente como se muestra en la grafica entre los puntos A y B. En esta región, la resistencia del canal es esencialmente cte.; pues la región de empobrecimiento no es suficientemente grande para

tener un efecto significativo. Esta región se denomina óhmica porque ID y VDS están relacionados por la ley de ohm.

En el punto B de la grafica los niveles de la curva se estabilizan en Id se vuelve esencialmente cte.; cuando VDS crece desde el punto B hasta el punto C.

ESTRANGULAMIENTO

Para VGS=0, EL VALOR DE VDS al que Id se vuelve esencialmente cte. (punto B de la grafica), es el voltaje de estrangulamiento, Vp.

Para un JFET dado, Vp tiene un valor fijo. Como se puede observar, un incremento continuado en VDS, por arriba del voltaje de estrangulamiento produce una corriente de drenaje casi constante, el valor de esta Id es Idss (corriente de drenaje a la compuerta en corto) y siempre se especifica en la hojas de datos de los JFET. Idss es la máxima Id que un JFET es capas de producir sin importar el circuito externo, y siempre se especifica par al condición VGS=0 V.

Al continuar sobre la grafica, la ruptura ocurre en el punto c cuando Id empieza a crecer muy rápido con cualquier incremento adicional en VDS. L ruptura puede dar por resultado el daño irreversible del dispositivo, de modo que los JFET siempre se operan por debajo de la ruptura y dentro de la región de I cte.

REGION DE AGOTAMIENTO

DRENAJE (D)

P PCOMPUERTA (G)

S

VDS

BAT1VDD

ID +

-

Is

Q12N3458

VGS=0

VGA

R1

0R1

VDSBAT1VDD

RD

Id

Idss

Id

B

VGS=0 REGION DE CORRIENTE CTE.

Vp (voltaje de estrangulamiento)

REGION OHMICA

A

0

C

VDS

El VGS controla la IA.

Ahora se conectara un voltaje de polarización VGG, de la compuerta de la fuente a medida que VGS se establece en valores c/v mas negativas mediante el ajuste de VGS, se obtiene una familia de curvas características del drenaje como se observa en la siguiente grafica.

Q1:A2N3958

BAT11V

R1

1k

BAT29V

VGG

IDSS

IA

VPVDS

VGS=-4V

VGS=-3

VGS0-2V

VGS=-1

VGS=-O.5V

VGS=0V

Observe que ID decrece a medida que la magnitud de VGS se incrementa a valores C/V mas negativos. También observe que , por el incremento en VGS, que por c/ incremento en VGS, el JFET alcanza el estrangulamiento a valores de VDS mayores que VP. As la cantidad de ID es controlada por VGS.

CORTE

El valor de VGS que hace a ID aprox. Cero es el valor de corte, VGS(apag). El JFET debe ser operado entre VGS=0 y VGS (apag). Para este rango de voltajes de la compuerta a la fuente, ID variara desde un máximo de IDSS. Hasta un mínimo a cero.

Para un JFET de un canal N, mientras más negativa sea. VGS menor se vuelve ID en la región de I cte; cuando VGS asume un valor negativo suficientemente grande, IA se reduce a cero. Este efecto de corte es provocado por el ensanchamiento de la región de empobrecimiento hasta un punto en el que cierra por completo el canal.

-VGS (apag) y VP siempre son iguales en magnitud pero de signo opuesto. En una hoja datos por lo general se proporciona VG(apag) o VP, pero no ambos. Sin embargo, cuando se conoce uno también se conoce el otro.

Por ejemplo:

VGS (apag)=-5

VP=+5V

Ejemplo:

1 Para un JFET, el VGS (apag)=-4v e IDSS=12m A. Determine el valor mínimo de VDD necesario para colocar el dispositivo en la región de operación de cte.

Q12N3458

+

-

R1560R

BAT1VDD

VDD-VRD-VDS=0

VDD=VRD+VDS

Como VGS (apag) =-4V por lo tanto VP=4v

El valor mínimo de VDS para que el JFET se encuentre en la región de I cte. Es :

VDS=VP =4V

En la región de I cte; con VGS=0v

ID=IDSS =12m A

La caída a través del resistor del drenaje es

I=V/R VRD=(12m A)(560 ohm)= 6.72v

Al aplicar la ley de kirchoff alrededor del circuito del drenaje se obtien

VDD= VDS+ VRD

VDD=4V+ 6.72V= 10.72V

Este es el valor de VDD para obtener VDS=VP y colocar el dispositivo en la región de I cte.

EJERCICIO.

2.- Si VDD se incrementa 15V, ¿Cuál es la corriente de drenaje?

I=V/R =15V/560OHM= 26m A

3.- Un JFET particular de canal P tiene un VGS (apag) =4v ¿Cuál es el valor de Id cuando VGS=6V?

El JFET de canal? Requiere un voltaje de compuerta a fuente positivo mientras mas positivo sea, menor la corriente del drenaje. Cuando VGS= 4v, la Id es 0. Cualquier incremento adicional en VGS mantiene en corte al JFET y si, la Id se mantiene en 0.

CARACTERISTICAS DE TRANSFERENCIA DEL JFET

De las anteriores ya podemos comprender que un rango de valores de VGS, desde 0 hasta VGS (apag), controla la cantidad de corriente de drenaje.

Para un JFET de canal N, EL VGS(apag) es negativo y para uno de canal P, el VGS(apag) es positivo. Como VGS controla a IA, la relacion entre estas dos cantidades es muy importante, y se ilustra en la siguiente grafico.

0

VGS (apag)-VGS

IDSS

ID

.

.

ID=0 cuando VGS = VGS (apag)

ID=IDSS cuando VGS=0

ID=IDSS (1-VGS/VGS (apag))

Con la ecuacion anterior la Id puede determinarse para cualquier VGS si se conocen IDSS y VGS (apag).En virtud del termino cuadrático en la ecuacion a los JFET y los MOSFET a menudo se les conoce como dispositivos de ley cuadrática.

EJEMPLO: La hoja de datos para un JFET indica que IDSS=15m A y VGS(apag)=-5v . Determine la ID para VGS=0V, -1V Y -4V.

SOLUCION

Para VGS0=0V, ID=IDSS= 15m A

Para VGS=-1V

ID=IDSS(I-VGS/VGS(APAG))2 0(15m A)(1-1V/-5V)

ID=(15m A )(1-0.2)2= (15m A)(O.64)= 9.6m A

TRANSDUCTANCIA DIRECTA DEL JFET

La transconductancia directa gm, es el cambio en la corriente del drenaje (AID) pa ra un cambio dado en el voltaje de la compuerta a la fuente (AVGS), con el voltaje del dranje ala fuente constante. Se expresa como una razón y sus unidades son siemens(S).

Gm=AID/AVGS

Otras designaciones comunes para este parámetro son Gfs y Yfs (admitancia de transferencia directa). Gm es muy importante en los amplificadores FET como factor primordial para determinar la ganancia en voltaje.Debido a que la curva característica de transferencia (transconductancia) de un JFET es no lineal. Como se puede observar en la siguiente figura el valor Gm mayor cerca del extremo superior de la curva( cerca de VGS=0), Y gm es menor en la parte inferior.

0-VGS VGS (APAG)

IA

IDSS

.. )

)

AID2= gm2 =AID2/AVGS

gm2>gm1

AID1= gm1= AID1/AVGS

gm= gm0 (1- VGS/VGS(APAG))

En las hojas de especificación suele proporcionarse el valor gm medido en VGS=0V es decir (gmo).

Cuando no se dispone de un valor de gm0 es posible calcularlo usando valores de IDSS y VGS (apag). Las rectas verticales indican un valor absoluto (sin signo).

Gm0 = 2IDSS/VGS (apag).

En la hoja de datos de un JFET se proporciona la siguiente información IDSS= 20 m AVGS (apag)=-8v y gm0=4000US.

Determine la transconductancia en directa para VGS=-4V y encuentre ID en este punto.

1.- gm se calculo

Gm=gm0 (1-VGS/VGS (apag))

= (1000u S) (1-(-4V)/ (-8))= 2000u S

2.- Se calcula ID en VGS=-4V

ID=IDSS(I-(VGS)/VGS(apag))2

=20m A (1-(-4)/(-8)2= 5m A.

EJERCICIO

Un JFET dado tiene las dos siguientes características: IDSS=12m A, VGS(apag)=-5v cuando VGS=-2V.

Gm=gm0 (1-(VGS)/VGS (apag)) = 1800u S

ID=IDSS (1-(VGS)/VGS (apag)) 2= 4.32m A.

RESISTENCIA Y CAPACITANCIA DE ENTRADA.

Un JFET opera con su unión GS polarizada en inversa. Por tanto, la resistencia de entrada en la compuerta es muy alta. Las hojas de datos de los JFET especifican para la corriente inversa de compuerta la Igss en cierto VGS. La resistencia de entrada puede entonces determinarse usando la siguiente ecuacion.

RENT= VGS/Igss

La capacitancia de entrada Ciss de un JFET es considerablemente con respecto al BJT pues el JFET opera con una unión pn polarizado en inversa recuerde que una unión PN polarizada en inversa funciona como un capacitor cuya capacitancia depende de la cantidad de voltaje inverso.

EJEMPLO:

Un JFET tiene un ma Igss de 1 m A para VGS=-20V. Determine la resistencia de entrada

RENT=VGS/Igss =20v/1m A=20 000 u ohm.

EJERCICO

Determine la resistencia de entrada para cualquiera de las hojas de especificación que conseguiste.

RESISTENCIA DEL DRENAJE A LA FUENTE

Y a se aprendió de la curva característica de drenaje que, por arriba de la región de estrangulamiento, la ID es relativamente etc. Dentro de un rango de voltaje drenaje- fuente (VDS).

La razón de estos cambios es la resistencia drenaje-fuente del dispositivo RDS.

Las hojas de datos especifican frecuencia a este parámetro como conductancia de salida, Yos. Los valores típicos para RDS son el orden de varios k ohm.

Método manual grafico para trazar la curva de transferencia.

Se puede trazar una curva de transferencia con un nivel satisfactorio de precisión utilizando simplemente 4 puntos definidos en la siguiente tabla.

EJEMPLO:

Trazar la curva definida por Idss=12m A Y VP=+6V.

IDSS=12m A Vgs=0v

Id= 0m A VGS=VP=-6V

0.3VP IDSS/2

0.3(-6V) =-1.8V 12m A/2=6m A

0.5VP IDSS=3m A

0.5(-6V)=-3V

VGS ID0 IDSS0.3VP IDSS/20.5VP IDSS/4VP 0m A

.

..

.

VGS

VGS=VP0-6V

IDSS=12m A

EJERCICIO: Traza la curva de transferencia para el JFET cualquiera de las hojas técnicas que conseguiste.

POLARIZACION DEL JFET

El objeto de la polarización es elegir el VGS apropiado a fin de establecer un valor deseado de ID. Existen 2 tipos primordiales de polarización; los de auto polarización y los de polarización mediante divisor de voltaje.

AUTOPOLARIZACION

Los circuitos de auto polarización para los JFET son los siguientes.

Q12N2608

R11k

R21k

R31k

+VDD

ID+

+

-IGSS

RG

RD

Q22N2608

R41k

R51k

R61k

-VDD

+

- +

-ID

RD

RSRG

CANAL NCANAL P

IS=ID EN TODOS LOS JFET

L a compuerta esta polarizada aproximadamente a 0v, por el resistor RG conectado a tierra. La corriente de fuga inversa IGSS produce un voltaje muy pequeño en RG como se indica aunque en rango mayor parte de los casos es posible despreciarlo.

Formulas para calcular algunos elementos en los JFET.

VS=ID *RS

VGS= -ID* RS

VD= VDD-ID*RD

VDS=VD-VS

VDS= VDD- ID (RD+RS)

EJEMPLO:

Encuentre VDS y VGS del siguiente circuito dado que ID= 5m A

Q12N2608

R1470R

R21k

+10 V

R31k

RS

RD

VDS=VD- VS

VD=VDD- ID * RD

VD=10V- ( 5m A ) (1K OHM)

VD=10V -5V=5V

VS=ID * RS= 5m A (470 ohm)

VS=2.35V

VDS=VD - VS=5V - 2.35V= 2.65 V

VGS= -ID * RS = 5m A (470 ohm) = -2.35V

EJERCICIO:

Determine VDS y VGS del siguiente circuito.

Q12N2608

R11k

R2390R

R3

820R

+ 12V

ESTABLECIMIENTO DEL PUNTO Q DE UN JFET POLARIZADO

El método básico para establecer un punto de polarización para el JFET es determinar la ID para un valor deseado de VGS y calcular enseguida el valor requerido de RS.

RS= VGS/ID

Para un valor deseado de VGS, la ID puede determinarse en cualquiera de estas 2 formas.

A partir de la curva característica de transferencia para un JFET particular o utilizando la formula.

ID= IDSS( 1- VGS/VGS(apag))2

Ejemplo: determina en el valor RS requerido para auto polarizar a un JFET, en VGS =-5V y VGS(apag)=-10v, IDSS=25m A ; B)VGS=-3V

Ejercicio

Determina el valor de Rs requerido para autopolarizar a un JFET utilizando su curva de transferencia. Nota que usen una que puedan recortar.

Verificar con las formulas.

Polarización en el punto medio

A menudo es deseable polarizar un JFET cerca del punto medio. Para ellos se utiliza la siguiente fórmula para calcular ID.

ID= 0.50 Idss VGS= VGS (apag)/3.414

Tarea determinar Rs requerido para auto polarizar un JFET utilizando su curva de transferencia recorta y pega verifica con formulas.

Para establecer el voltaje del drenaje VD en el punto medio (Vd.=Vdd./2), se elige un valor de Rd para obtener la caída de voltaje deseada. Rg se elige grande.

Ejemplo

Seleccionar los valores de los resitores del circuito, a fin de establecer una polarización aproxiomada en el punto medio. Los parámetros del JFET son IDSS=15m A y VGS(apag) =8v

Q12N2608

RS1k

RG1k

RD1k

+12V

ID= IDSS/2=7.5m A

VGS=VGS(apag) /3.414

VGS=-8V /3.414=-2.343

RS= VGS/ID = 2.343V/7.5m A =312 ohm

VD=VDD-(ID) (RD)

Despejando RD

RD=VDD-VD/ID =12V – 6V/ 7.5m A =800 ohm

Rg debe ser muy grande.

Tarea calcule y selecciona los valores de las resistencias para establecer una polarización aproximada en el putno medio de algún JFET que consegusite (hojas técnicas).

Ejercicio

Seleccione los valores de los resitores del siguiente circuito para establecer un apolarizacion aproximada en el punto medio. Los paramtros del JFET son IDSS=10m A y VGS(apag)= -10v ; VDD=15V.

Q12N2608

RS1k

RG1k

RD1k

+12V

1.- ¿Qué es un MOSFET simbología?

2.- tipos de MOSFET

3.- Realiza una tabla acerca de c/u de los tipos

4.- iIustra un MOSFET canal N y canal P

5.- Ilustra y describe el modo de empobrecimiento de un MOSFET canal N.

1.- ¿Que significa el termino MOSFET?

2.- ¿Qué es un MOSFET?

3.- En una tabla comparativa coloca las características generales de un mosfet tipo D, tipo E, tipo V y de compuerta dual.

4.- Realiza una tabla comparativa donde escribas las ventajas y desventajas de cada uno de ellos, con respecto a una referencia.

5.- En el cuadro sinóptico escribe como trabaja el MOSFET D, E y el V el modo de empobrecimiento y enriquecimiento.

6.- Dibuja la estructura básica y simbología de cada uno de los MOSFET.

Q12N2608

RS3k3

R22M2

RS1k2

R12M2

9+ 8V

1M ohm 2.7k

3.3k68k

VD= 9V

ID= 0.909m A

VGS= -0.9163V

PRACTICA UJT

Q1UJT

VBB

R2100R

R3

4k7

VEVEE1.5V

R1470R

A

PRIMERO VBB=0V

VEE=INCREMENTOS

Corriente m A VBB=0V/V VBB=5V/V VBB=10V/V0.30.50.70.91.11.31.51.82.1

CUESTIONARIO

5.1¿De que es el transistor que se utiliza en la practica?

5.2¿Cuál es el valor de la resistencia con polarización inversa de emisor-base?

5.3¿ Es igual el valor de la resistencia con polarización directa entre B1 y B2? ¿Por qué?

5.4 A que valor de la resistencia es igual el valor de la resistencia emisor-base + emisor-base2 cuando se mide en polarización directa.

5.5¿ Cuando el transistor se polariza únicamente entre emisor y B1, sin que se polarice la B2 el funcionamiento del transistor es parecido al del____________________

5.6 El funcionamiento del UJT se encuentra dentro de la región de resistencia______________

5.7¿ Cual es el voltaje del disparo del UJT? Cuando se polariza B1 y B2 a 10 v? Identifiquelo en la curva característica.

Vp= 0.7+ n VBB