UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA
LABORATORIO DE DISPOSITIVOS Y COMPONENTES ELECTRÓNICOS LABORATORIO N°07 Transistores de efeto de a!"o #ET
C$rso
% La&' de Dis"ositi(os Dis"ositi( os ) o!"onentes e*etr+nios Profesor
% In,' C$-ano Ri(as A&i*io B'
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Transistores de efecto de campo (FET) W.Shockley. W.Shockley. (1952)
1.
Objetivos - Explicar la operación de los JFET y de los MOSFET. - Defnir, analizar y aplicar parámetros importantes del JFET. JFET. - nalizar y descri!ir circ"itos de polarización FET.
2. Marco Ma rco Teóri eó rico co El FET es "n dispositi#o de portadores mayoritarios. S" operación depende del "so de "n #olt #olta$ a$e e apli aplica cado do para para cont contro rola larr los los port portad ador ores es mayo mayori rita tari rios os %electrone %electrones s en material material tipo n y &"ec &"ecos os en tipo tipo p' en "n canal. Este #olta$e controla la corriente en el dispositi#o mediante "n campo el(ctrico. Existen dos clases de FET )"e se exponen a detalle, siendo estas el FET de "nión %JFET' y el FET de semicond"ctor de óxido metálico %MOSFET'. %MOSFET'. *enta$as y des#enta$as de los FET +as #enta$as de los FET relati#as a los JT se res"men a contin"ación . +os FET son dispositi#os dispositi#os sensiti#os al #olta$e )"e tienen alta impedancia impedancia de entrada %del orden / 0 a /1 o&m'. 2"esto )"e esta impedancia de entrada es !astante más alta )"e la de los JT, los FET se preferen so!re lo JT en s" "so como la etapa de entrada para "n amplifcador m"ltietapa. 1. 3na clase de FET %JFET' %JFET' 4enera menos r"ido )"e los JT. JT. 5. +os FET son más esta!les esta!les respecto a la temperat"ra )"e los JT. JT. 6. +os FET son por lo 4eneral más 7áciles de 7a!ricar 7a!ricar )"e os JT. JT. 3n mayor n8mero de dispositi#os se 7a!rican en "n solo c&ip. 9. +os FET reaccione reaccionen n como resistores resistores #aria!les controlados controlados por #olta$e #olta$e para #alores pe)"e:os del #olta$e de drena$e a 7"ente. ;. +a ele# ele#ad ada a impe impeda danc ncia ia de entr entrad ada a de los los FET FET perm permit ite e )"e )"e esto estos s almacenen car4a por tiempo s"fcientemente lar4o para "sarlos como elementos de almacenamiento. 0. +os FET no son tan sensiti#os sensiti#os a la radiación como como los JT. JT.
EL JFET El JFET %transistor de e7ecto de campo de "nión' es "n tipo de FET )"e opera con "na "nión pn polarizada en in#ersa para controlar controlar corriente corriente de "n canal. El JFET controla la cond"ctancia de la corriente de portadores portadores mayoritarios en "n canal existente entre dos contactos ó&micos, mediante la #ariación de la capacitancia e)"i#alente del dispositi#o. Tiene dos cate4or>as • •
De canal n De canal p
En cada extremo del canal tiene "na terminal? el drena$e se enc"entra en la parte s"perior, la 7"ente en el in7erior y la comp"erta en el medio.
El JFET JFET siem siempr pre e opera opera con con la "nió "nión n pn de comp"erta-7"ente polarizada en in#e in#ers rsa, a, esta esta pola polari riza zaci ción ón con con #olt #olta$ a$e e ne4a ne4ati ti#o #o prod prod"c "ce e "na "na re4i re4ión ón de empo!recimiento a lo lar4o de la "nión pn, la c"al se extiende &acia el canal n, y por lo tanto, tanto, incremen incrementa ta s" resis resisten tencia cia al restri restrin4i n4irr el anc&o anc&o del canal, canal, controlando la cantidad de corriente en el drena$e.
S>m!olo del JFET
*olta$e de estran4"lamiento re4ión de sat"ración @on *=S A /, el #alor de * DS al c"al B D se #"el#e constante. 2ara "n JFET dado, *2 tiene "n #alor f$o. 3n incremento contin"o de * DS por encima del #olta$e de estran estran4"l 4"lami amient ento o prod" prod"ce ce "na corrie corriente nte casi casi consta constante nte en el drena drena$e. $e. Este #alor de la corriente en el drena$e es BDSS % Drain to Source with gate Shorted , Dren Drena$ a$e e a 7"en 7"ente te con con la comp comp"e "ert rta a en cort cortoc ocir irc" c"it ito' o' y siem siempr pre e #ien #iene e especifcada en la &o$as &o$as de datos de los JFET JFET.. B DSS es la corriente máxima en el drena$e )"e "n JFET especifco es capaz de prod"cir sin importar el circ"ito externo y siempre se especifca en la condición, * =SA /*. *olta$e de r"pt"ra @omo se m"estra en la 4ráfca, la r"pt"ra oc"rre en el p"nto @ c"ando B D comienza a incrementarse m"y rápido con c"al)"ier incremento adicional * DS. +a r"pt"ra r"pt"ra p"ede p"ede da:ar da:ar irre#e irre#ersi rsi!le !lemen mente te el dispos dispositi iti#o, #o, as> )"e los JFET JFET siempre se operan por de!a$o de la r"pt"ra y dentro de la re4ión acti#a.
Transistores de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) El MOSFET, es otra cate4or>a de transistor de e7ecto de campo, di7erente del JFET, no tiene "na estr"ct"ra de "nión pn, sino )"e la comp"erta del MOSFET está aislada del canal mediante "na capa de !ióxido !ióxido de silicio %SiO 1'. +os dos tipos !ásicos de MOSFET son el enri)"ecimiento %E' %la c"al son los más "tilizados', y el de empo!recimiento empo!recimiento %D'.
MOSFET de enri)"ecimiento %E-MOSFET' Opera solo en el modo de enri)"ecimiento y no tiene modo de empo!recimiento.
S>m!olo del E-MOSFET
MOSFET de empo!recimiento %D-MOSFET' El drena$e y la 7"ente se di7"nden en el material del s"strato y l"e4o se conectan mediante "n canal an4osto adyacente a la comp"erta aislada.
El D-MOSFET p"ede ser operado en c"al)"iera de dos modos el modo de empo!rec empo!recimien imiento to o el modo enri)"ecim enri)"ecimiento iento,, por ello tam!i(n se le conoce conoce como MOSFET de empo!recimientoCenri)"ecimiento. S>m!olos del D-MOSFET
ecomendaciones Todos Todos los dispositi#os MOS son propensos a s"7rir da:os a consec"encia de desca descar4a r4as s electr electrost ostáti áticas cas.. De!ido De!ido a )"e la comp" comp"ert erta a de "n MOSFET MOSFET está está aislada del canal, la resistencia de salida es extremadamente alta %idealmente infnita'. +a corriente de 7"4a en la comp"erta, B =SS , para "n MOSFET t>pico, se enc"entra en el inter#alo de los p, en tanto )"e la corriente en in#ersa en la comp comp"er "erta ta para para "n JFET JFET t>pi t>pico co se enc" enc"en entr tra a en el inter# inter#al alo o de los los n. n. +a capacitancia de entrada res"lta de la estr"ct"ra aislada de la comp"erta. Se p"ede ac"m"lar "na car4a estática excesi#a por)"e la capacitancia de entrada se com!ina con la m"y alta resistencia de entrada y p"ede da:ar el dispositi#o. 2ara e#itar da:os prod"cidos por descar4as electrostáticas, se de!erán tomar ciertas preca"ciones c"ando se mane$en los MOSFET. MOSFET. a.- Sa)"e con c"idado los dispositi#os MOSFET de s"s empa)"es.
!.- Todos los instr"mentos y !ancos metálicos "tilizados en s" ensam!le y pr"e!a de!erán conectarse a "na tierra 7>sica %cla#i$a redonda o tercera cla#i$a de tomas de corriente de pared de /#' c.- +a m":eca de la persona )"e los está manip"lando de!erá estar conectada a "na !anda comercial de conexión a tierra, la c"al tiene "n resistor en serio de alto #alor por se4"ridad. El resistor e#ita )"e el contacto accidental con el #olta$e se #"el#a letal. d.- "nca "nca )"ite )"ite "n dispos dispositi iti#o #o MOS del circ"i circ"ito to mientra mientras s la corrie corriente nte está está conectada. e.- o apli)"e se:ales a "n dispositi#o MOS mientras la 7"ente de alimentación de cd est( apa4ada.
3. Materiales . Transistores JFET y MOSFET %dependiendo de lo pedido' . esistencias %datos' @. @ondensadores electrol>ticos %datos' D. *olt>metro E. mper>metro
4. Circuito e implementación implement ación
Forma experimental
El transisto transistorr )"e esco4imos esco4imos para para esta esta sim"la sim"lación ción es el 1 9656, 9656, p"es s" * D se aproxima a 0*. O!ser#amos )"e el amper>metro marca 1.! m" y el #olt>metro marca -.;6* -.;6*..
Forma teorica
*D A
V DD −V D A R D
12 V −7 V 3.3 k Ω
5 V =
3.3 k Ω
1 . 52 mA
=
V S = I D R S =( 1,52 mA ) ( 2.2 k Ω )=3.34 V
(
V G=
)
(
)
1.0 M Ω R2 V DD = 12 V =1.54 V R 1 + R 2 7.8 M Ω
*=S A *= *S A .96* .56* A -1.#$
1. G@"ál es el #olta$e de salida total para el amplifcador sin car4a de la f4"raH Bdds es de 6.5m? *4s%corte' es de -1,0* - 1,0*
Forma teorica
(
I D = I DSS 1−
I D RS V GS (corte )
)
2
I D =1.91 mA
@on esto, se o!tiene
V GS=− I D R S=−( 1.91 mA ) ( 470 Ω )=−0.9 V
Entonces gm 0=
2 I DSS
=
2 ( 4.3 mA )
|V GS ( corte )|
(
gm= g m 0 1−
V D =V DD− I D R D =12 V − −( 1.91 mA ) ( 3.3 kΩ )=5.7 V
2.7 V
I D RS V GS (corte )
2or lo tanto
)
=3.18 mS
(
=3.18 mS 1 −
)
−0.9 V =2.12 mS −2.7 V
V sal = AV V ent = gm R D V ent =( 2.12 mS ) ( 3.3 kΩ ) ( 100 mV ) ) =700 mV
5. Determine V GS y V DS .Consi .Conside derre queeste queeste MOSF MOSF! ! tien tienee I D=200 mAconV GS =4 V y V GS (um"ral )=2 V
V GS=
( ) 15 k
115 k
24 =3.13 V
# =
I D ( encendido )
=
200 mA
( V GS −V GS (um"ral )) ( 4 V −2 V ) ) 2
(
I D = # V GS−V GS ( um"ral )
2
)
(
2
=50 mA / V 2
50 3.13− 2
=
)
2
63.8 mA
=
V DS =V DD− I D R D= 24− ( 63.8 ) ( 200 )=11.2 V
simulaci acio o &edido¿ 64 V . a simul −−−VDa : ntal : $nes el2 % 64
@oncl"sión •
+os #alores teóricos se aproximan a los #alores prácticos, teniendo "n porcenta$e de error de 9I, la c"al es "n #alor acepta!le para este tipo de mediciones y )"e nos indican "n !"en tra!a$o de medicion.
