Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la EducacinUniversidad Nacional Experimental Francisco de MirandaAsignatura: Electrnica I

Profesor: Carlos leal Realizado por:Calles EstefanyMiguelangel DozsaYessenia FontalveMercy mirandaAdrian salasBryan GonzalesOriana rodriguez

Santa Ana de coro; junio 2015Introduccin

En este apartado trataremos el tema sobre un dispositivo, el cual ha revolucionado la vida de todos nosotros. El transistor, que es sin duda uno de los mejores inventos del hombre diseado para operar en circuitos electrnicos como amplificador, oscilador o conmutador. El trmino Transistores un acrnimo de transfer y resistor (resistencia de transferencia) y se compone de tres terminales: colector, base y emisor.

En estos temas estudiaremos las principales caractersticas bsicas del transistor bipolar y FET, as como sus aspectos fsicos, sus estructuras bsicas y las simbologas utilizadas para cada uno de ellos.

Destacando que la ecuacin mencionada anteriormente es la misma para todas las configuraciones de red del JFET siempre y cuando el dispositivo se encuentre en la regin activa. La red define el nivel de corriente y voltaje asociado con el punto de operacin mediante su propio conjunto de ecuaciones.Se abarcar igual el tema de la polarizacin, el encapsulado y la prueba de los transistores con multmetros tanto digital como anloga que son indispensables en estos dispositivos mencionados anteriormente.

Transistores de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo o FET (Field Electric Transistor) son dispositivos de tres terminales que se utilizan en varias aplicaciones que coinciden, en gran manera, con las del BJT.Los transistores de efecto de campo pueden ser de 3 tipos conocidos: transistor de efecto de campo de unin o JFET, transistor de efecto de campo metal-xido semiconductor MOSFET y el transistor de efecto de campo semiconductor metlico MESFET. Estos son dispositivos controlados por tensin con una alta impedancia de entrada (1012). Los FET's se utilizan en circuitos digitales y analgicos como amplificador o como conmutador. As como lostransistores bipolaresse dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son tambin de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicacin de una tensin positiva en la puerta pone al transistor en estado de conduccin o no conduccin, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extenssimamente en electrnica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados ochipsdigitales.

POLARIZACIN DE UN FET

Este tipo de transistor se polariza de una manera diferente a los BJT, el terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de la fuente y la puerta se polariza negativamente con respecto a la fuente.A mayor voltaje mas angosto es el canal, por tanto es mas dificil que la corriente pase por el terminal drenador al terminal de fuente. La tensin para que el canal quede cerrado se llama punch-off y es diferente para cada FET.

Tipos:El JFET de canal no est constituido por una barra de silicio de material semiconductor de tipo n con dos regiones (islas) de material tipo p situadas a ambos lados. Es un elemento tri-terminal cuyos terminales se denominan drenador (drain), fuente (source) y puerta (gate).En el JFET de canal N la corriente circula por la regin N, que se extiende entre los contactos de drenador y surtidor. Obsrvese que en este dispositivo existe una unin PN entre el terminal de la puerta y el canal N. En su funcionamiento como transistor esta unin PN debe estar polarizada inversamente. Entonces a corriente de la puerta ser cero. Cuando aumenta la polarizacin inversa de dicha unin, la anchura efectiva del canal N disminuye y, en consecuencia aumenta la resistencia del canal. Por dicha razn, para una misma tensin aplicada entre el drenador y el surtidor, la corriente disminuye al polarizar ms inversamente la unin PN de puerta. De forma similar en los JFET de canal P, la corriente que circula por el regin P entre drenador y surtidor. La anchura del canal es modulada por la polarizacin inversa aplicada a la unin PN de puerta.La polarizacin de un JFET exige que las uniones p-n estn inversamente polarizadas. En un JFET de canal n, o NJFET, la tensin de drenador debe ser mayor que la de la fuente para que exista un flujo de corriente a travs de canal. Adems, la puerta debe tener una tensin ms negativa que la fuente para que la unin p-n se encuentre polarizado inversamente.Las curvas de caractersticas elctricas de un JFET son muy similares a las curvas de los transistores bipolares. Sin embargo, los JFET son dispositivos controlados por tensin a diferencia de los bipolares que son dispositivos controlados por corriente.Los transistores MOSFET o Metal-Oxido-Semiconductor (MOS) al igual que un transistor BJT tiene tres terminales, a los cualesdenominamos puerta, drenador y fuente, y la puerta es un terminal que esta unido a un aislante, por lo que con tensiones continuas la corriente por la puerta es casi nula, ya que esta unida al aislante, los MOSFET son dispositivos de efecto de campo que utilizan un campo elctrico para crear una canal de conduccin, controlados por tensin relativamente simple de activar y desactivar, lo cual es una ventaja con respecto al transistor bipolar de unin. El estado de conduccin se consigue cuando la tensin puerta-fuente sobrepasa de forma suficiente la tensin umbral, lo que fuerza al MOSFET a entrar en la regin de trabajo hmica, normalmente la tensin puerta-fuente del MOSFET para el estado activado en circuitos conmutado esta entre 10 y 20v. El estado desactivado se consigue con una tensin menor que la tensin umbral, las corrientes de puertas para los estados de encendido y apagado son esencialmente cero. Sin embargo, es necesario cargar la capacidad de entrada parsita para poner al MOSFET en conduccin y descargarla para apagarlo.Las velocidades de conmutacin vienen determinadas bsicamente por la rapidez con que la carga se puede transferir desde y hacia la puerta.Estos son dispositivos ms importantes que los JFET ya que la mayor parte de los circuitos integrados digitales se construyen con la tecnologa MOS. Existen dos tipos de transistores MOS: MOSFET de canal N o NMOS y MOSFET de canal P o PMOS. A su vez, estos transistores pueden ser de acumulacin (enhancement) o deplexion (deplexion); en la actualidad los segundos estn prcticamente en desuso y aqu nicamente sern descritos los MOS de acumulacin tambin conocidos como de enriquecimiento. La estructura fsica de un MOSFET es de canal N con sus cuatro terminales: puerta, drenador fuente y substrato; normalmente el sustrato se encuentra conectado a la fuente. La puerta, cuya dimensin es WL, est separado del substrato por un dielctrico (Si02) formando una estructura similar a las placas de un condensador.Al aplicar una tensin positiva en la puerta se induce cargas negativas (capa de inversin) en la superficie del substrato y se crea un camino de conduccin entre los terminales drenador y fuente. La tensin mnima para crear esa capa de inversin se denomina tensin umbral o tensin de threshold (VT) y es un parmetro caracterstico del transistor. Si la VGS Vth y VDS < ( VGS Vth ). Al polarizarse la puerta con una tensin mayor que la tensin de umbral, se crea una regin de agotamiento en la regin que separa el surtidor y el drenador. Si esta tensin crece lo suficiente, aparecern portadores minoritarios (huecos en PMOS, electrones en NMOS) en la regin de agotamiento, que darn lugar a un canal de conduccin. El transistor pasa entonces a estado de conduccin, de modo que una diferencia de potencial entre drenador y surtidor dar lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensin de compuerta.Saturacin o activaCuando VGS > Vth y VDS > ( VGS Vth ). A medida que aumenta vDS, la tensin entre la puerta y el extremo del canal correspondiente al drenador disminuye. Cuando la tensin puerta-drenador Vgd iguala a la tensin umbral Vto, la anchura del canal en el extremo del drenador se hace cero. Para ulteriores incrementos de VDS, iD es constante. A esto se le llamaregin de saturacin.Fundamento de transistores de efecto de campo.Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones.Su estructura y representacin se muestran en la tabla.Modelo de transistor FET canal n

Modelo de transistor FET canal p

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta estn polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturacin de la unin PN.La zona n (en el FET canal n) es pequea y la amplitud de la zona de deplexin afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexin y depende de la tensin inversa (tensin de puerta).Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET): Zona hmica o lineal: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parmetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS. Zona de saturacin: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS Zona de corte: La intensidad de drenador es nula (ID=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la caracterstica V-I (se trata de un dispositivo simtrico).La operacin de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que significa que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

Aplicaciones Aislador o separador (buffer): su principal ventaja es su alta impedancia de entrada y baja de salida, su uso en general, en equipos de medida, receptores. Amplificador de RF: En esta aplicacin su ventaja es que posee bajo ruido, y se utiliza como sintonizadores de FM, equipos para comunicaciones.Mezclador: Posee baja distorsin de intermodulacin, su principal uso es como receptores de fm y tv, equipos para comunicaciones.Amplificadores con CAG: Posee una facilidad para controlar ganancia, se emplea como receptores o generador de seales.Amplificador cascodo: Tiene una baja capacidad de entrada y se encuentran facilmente en instrumentos de medicin y equipos de prueba. Troceador: Posee una ausencia de deriva y se usa como amplificador de cc y se encuentran en sistemas de control de direccin.Resistor variable de voltaje: En esta aplicacin es controlado por voltaje, se utiliza como un amplificador y los podemos encontrar en organos electricos. Amplificador de baja frecuencia: Posee una pequea capacidad de acoplamiento, se encuentran en audifonos para sordera, y se usa como un transductor inductivo.Oscilador: Posee una minima variacin de frecuencia, se usa como receptor y se encuentran en generadores de frecuencia patrn. Circuito MOS digital: Posee pequeo tamao, y se encuentran en integraciones de gran escala, computadoras y memorias.

Caractersticas

Son dispositivos controlados por tensin con una impedancia de entrada muy elevada, desde 1MegaOhm hasta cientos de MegaOhm. Las ganancias de voltaje de ca son mucho mayores para los FET. Son ms pequeos que otros transistores lo que los hace particularmente tiles en chips de CI. Los FET generan un nivel de ruido menor. Los FET son ms estables con la temperatura. Los FET son ms fciles de fabricar pues precisan menos pasos y permiten integrar ms dispositivos en un CI. La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilizacin como elementos de almacenamiento. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada. La magnitud de ganancia de redes con FET en general vara entre 2 y 20. La configuracin de autopolarizacin ( sin capacitancia de punteo en la fuente) y la de fuente-seguidor son configuraciones de baja ganancia. La magnitud de la impedancia de salida es similar a la de los BJT convencionales. No hay desfasamiento entre la entrada y la salida de las configuraciones en fuente-seguidor y en puerta comn. Las otras tienen un desfasamiento de 180 grados. Como ya sabemos la impedancia de entrada en la mayora de las configuraciones de los FET es bastante alta. Sin embargo, es muy baja para la configuracin en puerta comn.

Diferencias entre el JFET y el BJT

BJT Controlado por corriente de base. Dispositivo bipolar que trabaja con las cargas libres de los huecos y electrones. IC es una funcin de IB. (beta factor de amplificacin) Altas ganancias de corriente y voltaje. Relacin lineal entre Ib e Ic.

JFET Controlado por tensin entre puerta y fuente. Dispositivo unipolar que trabaja con las cargas libres de los huecos (canal p) electrones (canal n). ID es una funcin de Vgs. gm (factor de transconductancia). Ganancias de corriente indefinidas y ganancias de voltaje menores a las de los BJT. Relacin cuadrtica entre Vgs e Id.

Ventajas del FET con respecto al BJT Impedancia de entrada muy elevada (107 a 1012)M. Generan un nivel de ruido menor que los BJT. Son ms estables con la temperatura que los BJT. Son ms fciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar ms dispositivos en un CI. Se comportan como resistencias controladas por tensin para valores pequeos de tensin drenaje-fuente. La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo suficiente para permitir su utilizacin como elementos de almacenamiento. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes. Los FETs presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada. Los FETs presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT. Los FETs se pueden daar debido a la electricidad esttica.

APLICACIN, PRINCIPAL VENTAJA Y USOS

Aislador o separador (buffer),impedancia de entrada alta y de salida baja, uso general, equipo de medida, receptores. Amplificador de RF, bajo ruido, sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones. Mezclador,baja distorsin de intermodulacin, receptores de FM y TV, equipos para comunicaciones. Amplificador con CAG, facilidad para controlar ganancia receptores, generadores de seales. Amplificador cascodo, baja capacidad de entrada, instrumentos de medicin, equipos de prueba. Resistor variable por voltaje, se controla por voltaje, amplificadores operacionales, control de tono en rganos. Amplificador de baja frecuencia, capacidad pequea de acoplamiento, audfonos para sordera, transductores inductivos. Oscilador,mnima variacin de frecuencia, generadora de frecuencia patrn, receptora. Circuito MOS digital, pequeo tamao, integracin en gran escala, computadores, memorias.

Simbologa de JFET

Ejercicios:

Figure 2: Esquema propuesto para el diseo del amplificador de tensin utilizando un transistor FET. Se trata, pues, de una configuracin en fuente comn, cuyas caractersticas son las siguientes: Av = gmRD (1) Zi R1//R2 (2) Zo RD (3)RD = Av gm = 20 4m = 5K VRD = RDID = 5K 3m = 15VRD = Av gm = 20 2.5m = 8K VRD = RDID = 8K 1m = 8VVS = VDD VRD VDS = 20 8 8=4V RS = VS ID = 4 1m = 4KVGS |ID=1mA= 2.1V 1Si no, bastara con sustituir RD por R D = RD//RL.

ConclusinLos transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseo de los circuitos electrnicos. Se puede comentar que con el invento de estos dispositivos han dado un giro enorme a nuestras vidas, y a que en casi todos los aparatos electrnicos se encuentran presentes. Se conocieron los distintos tipos detransistores, ascomo su aspecto fsico, su estructura bsica Y las simbologas utilizadas, pudiendo concluir que todos son distintosY que por necesidades del hombre se fueron ideando nuevas formas o nuevos tipos detransistores.

El estudio del efecto de transicin de niveles de energa y el espectro atmico fueron decisivos en la formulacin terica del transistor, adems del estudio del tomo de la mecnica cuntica y la fsica atmica, permitiendo aprovechar las propiedades intrnsecas de los tomos de Germanio, fosforo entre otros, para el diseo de sistemas basados en las reacciones atmicas entre ellos por sus electrones, perfeccionando este proceso hasta llevarlo a lo que actualmente conocemos como hoy en da como transistores.

Adems de todos esto, ahora si podremos comprobar o hacer la prueba de los transistores para conocer si se encuentra en buenas condiciones para su uso.