FACULTAD DE INGENIERÍA EAP INGENIERÍA ELECTRICA
CÁTEDRA
: SEMICONDUCT S EMICONDUCTORES ORES Y DISPOSITIVOS
ELECTRÓNICOS CATEDRÁTICO
: ING. ESQUIVIAS BARRAGAN, PAUL JEAN
CICLO
: 2016 - I
TEMA
: CIRCUITO BJT Y JFET EN CASCADA, MOSFET COMO CONMUTADOR
ALUMNO
: PARIONA CAMPOS JHONNY EDGARD
HUANCAYO - PERU 2016
INTRODUCCION El prese!e !r"#"$% &" s'(% el"#%r"(" )% el pr%p*s'!% (e +%s!r"r l% re"l',"(% e el l"#%r"!%r'% (.r"!e el ).rs% p%s!er'%r+e!e l%s )%%)'+'e!%s "(/.'r'(%s ser "pl')"(%s e .es!r"s )"rrer"s e . .!.r% p%s!er'%r L%s !r"s's!%res !r"s's!%re s 3JT J4ET Y MOS4ET s% )%+p%e!es )%+p%e!e s ele)!r*')%s s% !r"s's!%res (e ee)!% )"+p% /.e se #"s" e el )"+p% el5)!r')% p"r" )%!r%l"r l" %r+" p%r l% !"!% l" )%(.)!'7'("( (e . )""l /.e !r"sp%r!" . s%l% !'p% (e p%r!"(%r (e )"r8" &e)&% (e . +"!er'"l se+')%(.)!%r se+')%(.)!%r p%r l% /.e !"+#'5 s.ele ser )%%)'(% )%+% !r"s's!%r .'p%l"r P%see !res !er+'"les (e%+'"(%s p.er!" 98"!e: (re"$e 9(r"': .e!e 9s%.r)e: P%r !"!% el prese!e !r"#"$% e;per'+e!"l e;per'+e!"l /.e re"l',"+%s (%(e ('7'('+%s e (%s p"r!es< P"r!e I< Circuito e c!"c!#! BJT $ P"r!e II<
JFET. JFET.
Cotro% #e &e%oci#!# 'or (o#u%!ci) #e !c*o #e 'u%"o
P+M
El prese!e !r"#"$% )%!r'#.'r "l er'/.e)'+'e!% )%8'!'7% (e l%s es!.('"!es /.e se e).e!r" e ." e!"p" (e (es"rr%ll% pers%"l pr%es'%"l
1. OBJETIVOS
1.1. Generales
A"l',"r l%s !r"s's!%res 3JT J4ET Y MOS4ET 1.2. Específicos
•
Recoocer %o" '!r(etro" '!r! %! 'o%!ri-!ci) #e tr!"i"tore" JFET, BJT MOSFET co(o "o/ Corriete #e #re!0e, te"i) #re!0e12uete, corriete #e co%ector te"i) co%ector1e(i"or !"3 co(o %! rect! #e c!r4! e% 'uto Q #e tr!5!0o #e %o" tr!"i"tore". A!%i-!r %! uti%i#!# #e% MOSFET '!r! cotro%!r %! &e%oci#!# #e (otore" #e cotiu! (e#i!te %! t6cic! #e (o#u%!ci) 'or !c*o #e 'u%"o".
2. EQUIOS 7 Mu%t3(etro 7 Geer!#or #e 2ucioe" 7 O"ci%o"co'io 8 Fuete" #e !%i(et!ci) re4u%!#!
• • •
•
!. "#TERI#$ES •
8 Proto5o!r#
Figura N° 1: • • • • • • • • • • • • • • •
7 7 7 7 7 7 8 7 7 7 8 8 7 7 7
Re"i"teci!" #e 79 :; Re"i"teci! #e <89 =; Re"i"teci! #e >9? ; Re"i"teci! #e 7@? ; Re"i"teci! #e 88 =; Re"i"teci! #e 9.8 =; Re"i"teci! #e 7 =; Re"i"teci! #e <@? ; Tr!"i"tor JFET c!!% N 8S=8<7, MPF7?8 ) MPF9?8 Tr!"i"tor BJT 8N8888A Co#e"!#ore" e%ectro%3tico" #e 7? uF8 V Co#e"!#ore" e%ectro%3tico" #e 7?? uF8 V Co#e"!#or e%ectro%3tico #e 7??? uF8 V co#e"!#or #e 7?? F '!"ti%%! #e (icr)2oo
Figura N° 2: • • • • • • •
7 8 7 7 7 8 7
Re"i"teci! #e <.@ =; Re"i"teci! #e 7 =; Re"i"teci! #e 7? =; Re"i"teci! #e ; Tr!"i"tor NPN 8N?< Tr!"i"tore" PNP 8N?> Dio#o 7N<7<9
• • • •
•
7 Co#e"!#or cer(ico #e 7?? F 7 Dio#o FR?@ ) 7N
%. NOT#S DE SEGURID#D • • •
U!'l')e )% pre)".)'* l%s e/.'p%s el5)!r')%s ).'("(% (e &")er l"s )%e;'%es )%rre)!"+e!e p"r" e7'!"r el (e!er'%r% (e l%s 's!r.+e!%s U!'l')e el +.l!=+e!r% e +%(% "+per=+e!r% e ser'e )% el )'r).'!% e el /.e (ese" +e('r el l.$% (e )%rr'e!e U!'l')e el +.l!=+e!r% e +%(% 7%l!=+e!r% e p"r"lel% )% el )'r).'!% e el /.e (ese" +e('r l" ('ere)'" (e !es'* e!re (%s p.!%s
&. "#RCO TEORICO Transis'or BJT(
De'')'*< Es el 'ransis'or )ipolar es el +s )%+> (e l%s 'ransis'ores )%+% l%s ('%(%s p.e(e ser (e 8er+"'% % s'l')'% E;'s!e (%s !'p%s 'ransis'ores< el NPN el PNP l" ('re))'* (el l.$% (e l" )%rr'e!e e )"(" )"s% l% '(')" l" le)&" /.e se 7e e el 8r')% (e )"(" !'p% (e 'ransis'or
T'p%s<
NPN NPN es .% (e l%s (%s !'p%s (e !r"s's!%res #'p%l"res e l%s )."les l"s le!r"s ?N? ?P? se re'ere " l%s p%r!"(%res (e )"r8" +"%r'!"r'%s (e!r% (e l"s ('ere!es re8'%es (el !r"s's!%r L" +"%r=" (e l%s !r"s's!%res #'p%l"res .s"(%s &% e (=" s% NPN (e#'(% " /.e l" +%7'l'("( (el ele)!r* es +"%r /.e l" +%7'l'("( (e l%s ?&.e)%s? e l%s se+')%(.)!%res per+'!'e(% +"%res )%rr'e!es 7el%)'("(es (e %per")'* L%s !r"s's!%res NPN )%s's!e e ." )"p" (e +"!er'"l se+')%(.)!%r (%p"(% P 9l" ?#"se?: e!re (%s )"p"s (e +"!er'"l (%p"(% N U" pe/.e@" )%rr'e!e '8res"(% " l" #"se e )%'8.r")'* e+'s%r-)%+> es "+pl'')"(" e l" s"l'(" (el )%le)!%r
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rel"!'7"+e!e 8r"(e . 7"l%r )er)"% " l" .'("( P%(e+%s ""l',"r /.e s.)e(e s' '!r%(.)'+%s " l" e!r"(" ." se@"l AC p"r" ell% se '!r%(.)e . p"r+e!r% ese)'"l /.e se (e%+'" !r"s)%(.)!")'" 98+: - L" )."l e ese)'" es l" pe('e!e (e ." "pr%;'+")'* l'e"l (el )%+p%r!"+'e!% e;p%e)'"l (el !r"s's!%r
Transis'or J*ET( Definici+n(
Es . ('sp%s'!'7% se+')%(.)!%r /.e )%!r%l" . l.$% (e )%rr'e!e p%r . )""l se+')%(.)!%r "pl')"(% . )"+p% el5)!r')% perpe(').l"r " l" !r"e)!%r'" (e l" )%rr'e!e E,plicaci+n -e ss ele/en'os o 'er/inales( Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n. En los etremos del canal se !acen sendas coneiones ó!micas llamadas respecti"amente sumidero (d-drain) # fuente (s-source), más una coneión llamada puerta (g-gate) en el collar.
Funcionamiento básico El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) fuente (source). La puerta es la terminal equivalente a la base del !T. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensi#n, donde el volta$e aplicado a la puerta permite %acer que flua o no corriente entre drenador fuente. &s' como los transistores bipolares se dividen en , los de efecto de campo o FET son también de dos tipos* canal n canal p, dependiendo de si la aplicaci#n de una tensi#n positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducci#n o no conducci#n, respectivamente. El FET es un transistor de efecto de campo, es decir, su funcionamiento se basa en las +onas de deplei#n que rodean a cada +ona al ser polari+adas inversamente. uando aumentamos la tensi#n en el diodo compuerta-fuente, las +onas de deplei#n se %acen ms grandes, lo cual %ace que la corriente que va de fuente a drena$e tenga ms
dificultades para atravesar el canal que se crea entre las +onas de deplei#n, cuanto maor es la tension inversa en el diodo compuerta-fuente, menor es la corriente entre fuente drena$e. or esto, el FET es un dispositivo controlado por tensi#n no por corriente. asi todos los electrones que pasan a través del canal creado entre las +onas de deplei#n van al drena$e, por lo que la corriente de drena$e es igual a la corriente de fuente .
Polariaci!n " cur#as caracter$sticas Este tipo de transistor se polari+a de manera diferente al transistor bipolar. La terminal de drena$e se polari+a positivamente con respecto al terminal de fuente (/dd) la compuerta se polari+a negativamente con respecto a la fuente (-/gg). & maor volta$e -/gg, ms angosto es el canal ms dif'cil para la corriente pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensi#n -/gg para la que el canal queda cerrado se llama pinch-off es diferente para cada FET. El transistor de $untura bipolar es un dispositivo operado por corriente requieren que %alla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector. El FET es controlado por tensi#n los cambios en tensi#n de la compuerta a fuente modifican la regi#n de rarefacci#n (deplei#n) causan que var'e el anc%o del canal. &l %acer un barrido en corriente directa, se obtienen las curvas caracter'sticas del transistor FET. Las curvas caracter'sticas t'picas para estos transistores se encuentran en la imagen, n#tese que se distinguen tres +onas importantes* la +ona #%mica, la +ona de corte la +ona de saturaci#n. Eisten otros tipos de curvas, como las de temperatura, capacitancia, etc. Todas ellas normalmente las especifica el fabricante de cada transistor. &lgunos programas de simulaci#n (como 01E) permiten %acen barridos de 2 bsicos para obtener las curvas, en base a los modelos contenidos en sus bibliotecas de componentes. El transistor FET, al igual que los !T, se pueden polari+ar de diversas maneras (ms adelante se ver) para dar lugar a configuraciones de amplificadores de se3al, sin embargo no son las 4nicas aplicaciones, por e$emplificar algunas otras se tienen la configuraci#n para formar osciladores, interruptores controlados, resistores controlados, etc.
Transis'or "osfe'( Definici+n( Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) son dispositivos de efecto de campo que utili+an un campo eléctrico para crear una canal de conducci#n. 0on dispositivos ms importantes que los FET a que la maor parte de los circuitos integrados digitales se construen con la tecnolog'a 560.
*nciona/ien'o( Eisten dos tipos de transistores 560FET, ambos basados en la estructura 560. Los primeros son los 560FET de enriquecimiento los cuales se basan en la creaci#n de un canal entre el drenador la fuente, al aplicar una tensi#n en la puerta. La tensi#n de la puerta atrae portadores minoritarios %acia el canal, de manera que se forma una regi#n de inversi#n, es decir, una regi#n con dopado opuesto al que ten'a el sustrato originalmente. El término enriquecimiento %ace referencia al incremento de la conductividad eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la regi#n correspondiente al canal. El canal puede formarse con un incremento en la concentraci#n de electrones (en un n560FET o 560), o %uecos (en un p560FET o 560). 2e este modo un transistor 560 se construe con un sustrato tipo p tiene un canal de tipo n, mientras que un transistor 560 se construe con un sustrato tipo n tiene un canal de tipo p. Los 560FET de empobrecimiento o deplei#n tienen un canal conductor en su estado de reposo, que se debe %acer desaparecer mediante la aplicaci#n de la tensi#n eléctrica en la puerta, lo cual ocasiona una disminuci#n de la cantidad de portadores de carga una disminuci#n respectiva de la conductividad.
Estructura metal-!%i&o-semicon&uctor 7na estructura metal-#ido-semiconductor (560) tradicional se obtiene %aciendo crecer una capa de di#ido de silicio (0i68) sobre un sustrato de silicio, luego depositando una capa de metal o silicio policristalino, siendo el segundo el ms utili+ado. 2ebido a que el di#ido de silicio es un material dieléctrico, esta estructura equivale a un condensador plano, en donde uno de los electrodos %a sido reempla+ado por un semiconductor . uando se aplica un potencial a través de la estructura 560, se modifica la distribuci#n de cargas en el semiconductor. 0i consideramos un semiconductor de tipo p (con una densidad de aceptores &), p es la densidad de %uecos9 p : & en el silicio intr'nseco), una tensi#n positiva /;! aplicada entre la puerta el sustrato (ver figura) crea una regi#n de agotamiento debido a que los %uecos cargados positivamente son repelidos de la interfa+ entre el aislante de puerta el semiconductor. Esto de$a epuesta una +ona libre de portadores, que est constituida por los iones de los tomos aceptores cargados negativamente (ver 2opa$e (semiconductores)). 0i /;! es lo suficientemente alto, una alta concentraci#n de portadores de carga negativos formar una regi#n de inversi#n locali+ada en una fran$a delgada contigua a la interfa+ entre el semiconductor el
aislante. 2e manera distinta al 560FET, en donde la +ona de inversi#n ocasiona que los portadores de carga se estable+can rpidamente a través del drenador la fuente, en un condensador 560 los electrones se generan muc%o ms lentamente mediante generaci#n térmica en los centros de generaci#n recombinaci#n de portadores que estn en la regi#n de agotamiento. 2e forma convencional, la tensi#n de puerta a la cual la densidad volumétrica de electrones en la regi#n de inversi#n es la misma que la densidad volumétrica de %uecos en el sustrato se llama tensi#n de umbral. Esta estructura con un sustrato de tipo p es la base de los transistores n560FET, los cuales requieren el dopado local de regiones de tipo n para el drenador la fuente.
Estructura 'O(FE) " *ormaci!n &el canal 7n transistor de efecto de campo metal-#ido-semiconductor (560FET) se basa en controlar la concentraci#n de portadores de carga mediante un condensador 560 eistente entre los electrodos del sustrato la puerta. La puerta est locali+ada encima del sustrato aislada de todas las dems regiones del dispositivo por una capa de dieléctrico, que en el caso del 560FET es un #ido, como el di#ido de silicio. 0i se utili+an otros materiales dieléctricos que no sean #idos, el dispositivo es conocido como un transistor de efecto de campo metal-aislante-semiconductor (510FET). omparado con el condensador 560, el 560FET inclue dos terminales adicionales (fuente drenador), cada uno conectado a regiones altamente dopadas que estn separadas por la regi#n del sustrato. Estas regiones pueden ser de tipo p o n, pero deben ser ambas del mismo tipo, del tipo opuesto al del sustrato. la fuente el drenador (de forma distinta al sustrato) estn fuertemente dopadas en la notaci#n se indica con un signo <=< después del tipo de dopado. 0i el 560FET es de canal n (560) entonces las regiones de dopado para la fuente el drenador son regiones
ara tensiones de puerta inferiores a la tensi#n de umbral, el canal no tiene suficientes portadores de carga para formar la +ona de inversi#n, de esta forma s#lo una peque3a corriente de subumbral puede fluir entre el drenador la fuente. uando se aplica una tensi#n negativa entre puerta-fuente (positiva entre fuente-puerta) se crea un canal de tipo p en una superficie del sustrato tipo n, de forma anloga al canal n, pero con polaridades opuestas para las cargas las tensiones. uando una tensi#n menos negativa que la tensi#n de umbral es aplicada (una tensi#n negativa para el canal tipo p) el canal desaparece s#lo puede fluir una peque3a corriente de subumbral entre el drenador la fuente.
0. RODEDI"IENTO EERIE"ENT#$ RI"ER# #RTE( Circuito e c!"c!#! BJT 1 JFET
R1 42k C1 10uF
V2 -10m/10mV
+ 10kHz microph +
R5 22k
C2 10uF +
R2 1k
CALCULO TEORICO
R4 1!0ohm
R! 1k
C5 100uF +
Q2 2N2222A
Q1 2SK241
J1
-
•
R# 60ohm
+
C4
100uF
R6 "2k
R 4!0ohm
+ V1 12V +
C6 1000uF
R9 1k
•
V!%ore" *!%%!#o" e e% '!"o 7, '!rte e'eri(et!%(ete/ C!ti#! # IC I# Vce V#
•
V!%or (e#i#o
V!%or te)rico
Error
B2 + A 2 + A K16 7 KK 7
,<< ( A 8,9<@ ( A <,98 V 7?.?> V
. 9 . .?>
Err%r p%r)e!."l error HHVT1VM VT 7??
•
S!%i#! #e o#!" e e% H4eer!#or, co('uert!, #re!0e, 5!"e, co%ector re"i"teci! #e c!r4! #e 7 =; E Geer!#or/ L! o#! e %! co('uert!, e e"t! "ecci) #e% tr!"i"tor o "!%e i4u! o#! #e5i#o ! ue e% JFET e"t coect!#o ! %! o#!. E %! Re"i"teci!/ E %! re"i"teci! #e 7= %! o#! "e !('%i2ic! #e (!er! co('%et!. E %! B!"e/ E %! 5!"e %! o#! "e !('%i2ic! #e (!er! %ie!%. E e% co%ector/ L! o#! "!%e #e"'%!-!#! *!ci! %! '!rte "u'erior #e% o"ci%o"co'io. E %! co('uert!/ S!%e u! o#! "eoi#!%. E e% #re!0e/ S!%e u! o#! !('%i2ic!#!.
T#B$# 1 C!ti#! # IC VCE
V!%or (e#i#o
V!%or te)rico
Error
7(A 8,89 V
7.??8 (A 8.7@9 V
7
Retirando la resistencia de 1K.
Dre"$e< El 7%l!"$e (e e!r"(" es (e 200 + V s. s"l'(" es (e 10 + V C%+p.er!"< El 7%l!"$e (e e!r"(" es (e 200 + V s. s"l'(" es (e 1V 3"se< El 7%l!"$e (e e!r"(" e l" #"se es (e 200 + V s. s"l'(" es (e 1V C"r8" (el )"p")'!%r< De 100 + V " 10 + V
Cálculos obtenidos con el micrófono:
C% el +')r*%% re!'r"(% el 8eer"(%r (e .)'%es P.er!"< Re"l'," ." pe/.e@" "+pl'')")'* (e %(" Dre"$e< Re"l'," ." pe/.e@" "+pl'')")'* (e %(" 3"se (e !r"s's!%r 3JT< Prese!" ." l'8er" "+pl'')")'* (e %(" C%le)!%r< C%7'er!e l" se@"l e ." se@"l L'e"l C"p")'!%r< Res.l!" ." se@"l "+pl'')"(" Re!'r"(% l" res's!e)'" (e 1 Geer"(%r< I8res" ." se@"l se%'("l Dre"$e< S"le ." se@"l l'e"l 3"se (el 3JT< L" se@"l se "+pl'')" )%s'(er"#le+e!e C%le)!%r 3JT< L" se@"l es l'e"l S")"(% l" )"r8"< L" se@"l s"le #"s!"!e s'+'l"r "l (e l" #"se
SEGUND# #RTE( Cotro% #e &e%oci#!# 'or (o#u%!ci) #e !c*o #e 'u%"o
P+M
R2 10k
J2
* o+ or
-2 FR#0!
Q2 2N#906 -2 1N414
R5 ##
R# 1k
Q4 .RF40 C1 100,F
+ V1 12V
Q# 2N#906 R4 4"!k J1
Q1 2N#904
S$%&'
R1 1k
cu&)r&)&
Conclsiones o)'eni-as( ℑ ℑ
C."(% ('s+'.e l" se@"l (e l" "+pl'!.( es ('re)!"+e!e pr%p%r)'%"l " l" 7el%)'("( (el +%!%r De 0 7%l!'%s es el 7%l!"$e p"r" /.e el +%!%r e+p'e)e " .)'%"r " ." 7el%)'("( )%s!"!e
. OBSERV#CIONES • • •
Obser#amos +ue los transistores am,lican se.ales anal!/icas " eso a"u&a bastante en la electr!nica os transistores &e e*ecto cam,o la /anancia &e am,licaci!n &e se.ales son muco me3ores + los transistores 43t Estos transistores son mu" usa&os en la in&ustria ,ara controlar motores u otros e+ui,os
3. CONC$USIONES •
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Concluimos en el circuito n5mero 1 al utiliar el transistor 72N890:;+ue la on&a &e sali&a es una on&a am,lica&a esto nos &ice +ue el #olta3e colector emisor es &e 22< # Concluimos +ue la ,ractica con la ,arte te!rica e%isti! un => &e error "a +ue los #alores alla&os en la teor$a " en la ,ráctica solo #aria ,or mil?simas
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Asimismo concluimos +ue con los transistores &e e*ecto &e cam,o Concluimos en el circuito n5mero 2 al utiliar el transistor 72N8906; +ue la on&a &e sali&a sale re&uci&a esto se &ebe a +ue el #olta3e colector emisor es &e 21@9 # Concluimos tambi?n +ue los transistores 4) son transistores +ue nos a"u&an a am,licar se.ales el?ctricas os transistores son unos elementos +ue *acilitan en /ran me&i&a el &ise.o &e los circuitos am,lica&ores (e ,ue&e comentar +ue con el in#ento &e estos &is,ositi#os an &a&o un /iro enorme a nuestras #i&as como el la me&icina la in&ustria El FE) es un &is,ositi#o acti#o +ue *unciona como una *uente &e corriente controla&a ,or #olta3e 4ásicamente el #olta3e en la com,uerta B( controla la corriente D entre el &rena&or " la *uente Para el FE) la ecuaci!n +ue &a cuenta &el com,ortamiento es la le" &e (cocle"
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS • • • •
tt,GIIIareatecnolo/iacomelectronicamos*ettml tt,sGesIii,e&iaor/Iii'O(FE) tt,sGesIii#ersit"or/Iii)ransistorJFE) tt,Gunicromcomtransistor-bi,olar-o-b3t-n,n-,n,
ANEXOS Primer circuito:
Con el microfono:
Seun!o circuito: MOSFET COMO CONMUTADOR
