UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: OCTUBRE/2014 MARZO/2015

Nombre: Carlos Galarza5

Nivel: Quinto AFecha: 03/11/2014Mdulo: Electrnica de PotenciaProf.: Ing. William Lpez1. Ttulo Consulta sobre transistores BJT y MOSFETObjetivo Conocer las caractersticas y funcionamiento de los transistores BJT y MOSFET2. Desarrollo

TRANSISTORES BIPOLAR O BJTRegiones operativas y configuracionesEl transistor bipolar es el ms comn de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo de transistor.El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el grfico de transistor.

Transistor NPN Transistor PNP El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregar por otra (emisor) , una cantidad mayor a sta, en un factor que se llama amplificacin.Este factor se llama (beta) y es un dato propio de cada transistor.Entonces:- Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a (factor de amplificacin) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).- Ic = * Ib- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, slo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de l, o viceversa.

Segn la frmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura. En el segundo grfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a ms corriente la curva es ms alta

Regiones operativas del transistor- Regin de corte: Un transistor esta en corte cuando:corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentacin del circuito. (como no hay corriente circulando, no hay cada de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)- Regin de saturacin: Un transistor est saturado cuando:corriente de colector = corriente de emisor = corriente mxima, (Ic = Ie = I mxima)En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentacin del circuito y de los resistores conectados en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm.Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector veces ms grande. (recordar que Ic = * Ib)- Regin activa: Cuando un transistor no est ni en su regin de saturacin ni en la regin de corte entonces est en una regin intermedia, la regin activa.En esta regin la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor).Esta regin es la mas importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador. Configuraciones del transistor bipolarHay tres tipos de configuraciones tpicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con caractersticas especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicacin. y se dice que el transistor no est conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)-Amplificador emisor comn-Amplificador colector comn- Amplificador base comn

LOS TRANSISTORES MOSFET.Vamos a estudiar un transistor cuyo funcionamiento no se basa en uniones PN, como el transistor bipolar, ya que en ste, el movimiento de carga se produce exclusivamente por la existencia de campos elctricos en el interior del dispositivo. Este tipo de transistores se conocen como, efecto de campo JFET (del ingls,Juntion Field Effect Transistor).El transistor MOSFET, como veremos, est basado en la estructura MOS. En los MOSFET deenriquecimiento, una diferencia de tensin entre el electrodo de la Puerta y el substrato induce un canal conductor entre los contactos de Drenador y Surtidor, gracias al efecto de campo. El trminoenriquecimientohace referencia al incremento de la conductividad elctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la regin correspondiente al canal, que tambin es conocida como lazona de inversin.LA ESTRUCTURA MOS.La estructura MOS esta compuesta de dos terminales y tres capas: Un Substrato de silicio, puro o poco dopadopon, sobre el cual se genera una capa deOxido de Silicio(SiO2) que, posee caractersticas dielctricas o aislantes, lo que presenta una alta impedancia de entrada. Por ltimo, sobre esta capa, se coloca una capa deMetal(Aluminio o polisilicio), que posee caractersticas conductoras. En la parte inferior se coloca un contacto hmico, en contacto con la capsula, como se ve en la figura.

La estructura MOS, acta como un condensador de placas paralelas en el que G y B son las placas y el xido, el aislante. De este modo, cuando VGB=0, la carga acumulada es cero y la distribucin de portadores es aleatoria y se corresponde al estado de equilibrio en el semiconductor.Cuando VGB>0, aparece un campo elctrico entre los terminales de Puerta y substrato. La regin semiconductorapresponde creando una regin de empobrecimiento de cargas libresp+(zona de deplexin), al igual que ocurriera en la reginPde una uninPNcuando estaba polarizada negativamente. Esta regin de iones negativos, se incrementa con VGB.Al llegar a la regin de VGB, los iones presentes en la zona semiconductora de empobrecimiento, no pueden compensar el campo elctrico y se provoca la acumulacin de cargas negativas libres (e-) atrados por el terminal positivo. Se dice entonces que la estructura ha pasado de estar eninversin dbilainversin fuerte.El proceso de inversin se identifica con el cambio de polaridad del substrato, debajo de la regin de Puerta. Eninversin fuerte, se forma as unCANALdee-libres, en las proximidades del terminal de Puerta (Gate) y de huecosp+en el extremo de la Puerta.La intensidad de Puerta IG, es cero puesto que, en continua se comporta como un condensador (GB). Por lo tanto, podemos decir que,la impedancia desde la Puerta al substrato es prcticamente infinitae IG=0 siempre en esttica. Bsicamente, la estructura MOS permite crear una densidad de portadores libres suficiente para sustentar una corriente elctrica.MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO DE CANAL N.Bajo el terminal de Puerta existe una capa de xido (SiO2) que impide prcticamente el paso de corriente a su travs; por lo que, el control de puerta se establece en forma de tensin. La calidad y estabilidad con que es posible fabricar estas finas capas de xido es la principal causa del xito alcanzado con este transistor, siendo actualmente el dispositivo ms utilizado.Adems, este transistor ocupa un menor volumen que el BJT, lo que permite una mayor densidad de integracin. Comencemos con la estructura bsica del MOSFET, seguido de sus smbolos.Se trata de una estructura MOS, de cuatro terminales, en la que el substrato semiconductor es de tipoppoco dopado. A ambos lados de la interfaseOxido-Semiconductorse han practicado difusiones de materialn, fuertemente dopado (n+).

Cuando se aplica una tensin positiva al terminal de puerta de un MOSFET de tipo N, se crea un campo elctrico bajo la capa de xido que incide perpendicularmente sobre la superficie del semiconductor P. Este campo, atrae a loselectroneshacia la superficie, bajo la capa de xido, repeliendo los huecos hacia el sustrato. Si el campo elctrico es muy intenso se logra crear en dicha superficie una regin muy rica en electrones, denominada canal N, que permite el paso de corriente de la Fuente al Drenador. Cuanto mayor sea la tensin de Puerta (Gate) mayor ser el campo elctrico y, por tanto, la carga en el canal. Una vez creado el canal, la corriente se origina, aplicando una tensin positiva en el Drenador (Drain) respecto a la tensin de la Fuente (Source).En un MOSFET tipo P, el funcionamiento es a la inversa, ya que los portadores son huecos (cargas de valor positivas, el mdulo de la carga del electrn). En este caso, para que exista conduccin el campo elctrico perpendicular a la superficie debe tener sentido opuesto al del MOSFET tipo N, por lo que la tensin aplicada ha de ser negativa. Ahora, loshuecosson atrados hacia la superficie bajo la capa de xido, y los electrones repelidos hacia el sustrato. Si la superficie es muy rica en huecos se forma el canal P. Cuanto ms negativa sea la tensin de puerta mayor puede ser la corriente (ms huecos en el canal P), corriente que se establece al aplicar al terminal de Drenador una tensin negativa respecto al terminal de Fuente. La corriente tiene sentido opuesto a la de un MOSFET tipo N

Si con tensin de Puerta nula no existe canal, el transistor se denomina de acumulacin; y de vaciamiento en caso contrario. Mientras que la tensin de Puerta a partir de la cual se produce canal, se conoce como tensin umbral, VT. El terminal de sustrato sirve para controlar la tensin umbral del transistor, y normalmente su tensin es la misma que la de la Fuente.El transistor MOS es simtrico: los terminales de Fuente y Drenador son intercambiables entre s. En el MOSFET tipo N el terminal de mayor tensin acta de Drenador (recoge los electrones), siendo el de menor tensin en el tipo P (recoge los huecos). A modo de resumen, la figura anterior, muestra el funcionamiento de un transistor MOS tipo N de enriquecimiento.El smbolo ms utilizado para su representacin a nivel de circuito se muestra en la figura siguiente. La flecha en el terminal de Fuente (Gate) nos informa sobre el sentido de la corriente.

En la estructura MOS de la siguiente figura, aparecen diversas fuentes de tensin polarizando los distintos terminales: VGS, VDS. Los terminales de substrato (B) y Fuente (S) se han conectado a GND. De este modo, VSB=0 (tensin Surtidor-sustrato=0) , se dice que no existeefecto substrato

Segn los valores que tome la tensin VGS, se pueden considerar tres casos:1)VGS=0. Esta condicin implica que VGS=0, puesto que VSB=0. En estas condiciones, no existe efecto campo y no se crea el canal dee-, debajo de la Puerta. Las dos estructuras PN se encuentran cortadas (B al terminal ms negativo) y aisladas. IDS=0 aproximadamente, pues se alimenta de las intensidades inversas de saturacin.2)La tensin VGS>0, se crea la zona de empobrecimiento o deplexin en el canal. Se genera una carga elctrica negativae-en el canal, debido a los iones negativos de la red cristalina (similar al de una unin PN polarizada en la regin inversa), dando lugar a la situacin deinversin dbilanteriormente citada. La aplicacin de un campo elctrico lateral VDS>0, no puede generar corriente elctrica IDS.3)La tensin VGS>>0, da lugar a la inversin del canal y genera una poblacin dee-libres, debajo del oxido de Puerta yp+al fondo del substrato. Se forma el CANAL N o canal de electrones, entre el Drenador y la Fuente (tipon+) que, modifica las caracterstica elctricas originales del sustrato. Estos electrones, son cargas libres, de modo que, en presencia de un campo elctrico lateral, podran verse acelerados hacia Drenador o Surtidor. Sin embargo, existe un valor mnimo de VGSpara que el nmero de electrones, sea suficiente para alimentar esa corriente, es VT, denominadaTENSIN UMBRAL(en algunos tratados se denomina VTH).Por lo tanto, se pueden diferenciar dos zonas de operacin para valores de VGSpositivos:

- SiVGS< VTla intensidad IDS=0 (en realidad slo es aproximadamente cero) y decimos que el transistor opera eninversin dbil. En ella, las corrientes son muy pequeas y su utilizacin se enmarca en contextos de muy bajo consumo de potencia. Se considerar que la corriente es siempre cero. De otro lado;

- SiVGS>=VT, entonces IDSes distinto de cero, si VDSes no nulo. Se dice que el transistor opera eninversin fuerte.Cuanto mayor sea el valor de VGS, mayor ser la concentracin de cargas libres en el canal y por tanto, ser superior la corriente IDS.REGIONES DE OPERACIN.

Estado de corteEstado de corte Cuando la tensin de la puerta es idntica a la del sustrato.Estado de NO conduccinEl MOSFET est en estado de no conduccin: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos.Conduccin linealAl polarizarse la puerta con una tensin negativa (pMOS) o positiva (nMOS), se crea una regin de deplexin en la regin que separa la fuente y el drenador. Si esta tensin crece lo suficiente, aparecern portadores minoritarios (electrones en nMOS, huecos en pMOS) en la regin de deplexin que darn lugar a un canal de conduccin.El transistor pasa entonces a estado de conduccin, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dar lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensin de puerta.Saturacin: Cuando la tensin entre drenador y fuente supera cierto lmite, el canal de conduccin bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanas del drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debida alcampo elctricoentre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales

3. Bibliografa: http://hispavila.com/3ds/atmega/mosfets.html http://www.uhu.es/adoracion.hermoso/Documentos/transistor-fet.pdf

4. Anexo:Banco de preguntas1.- Que es un BJT?2.- Cuales son las zonas de funcionamiento de un MOSFET?Respuestas1.- Es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregar por otra (emisor), una cantidad mayor a sta, en un factor que se llama amplificacin2.- Estado de corte Estado de NO conduccin Conduccin lineal