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Electrónica Analógica I “Transistor MOSFET” Xavier Pesantez ([email protected]) Ingeniería Electrónica Universidad Politécnica Salesiana Cuenca, Ecuador Resumen.- En la presente investigación se abordará el tema acerca del transistor MOSFET, así como sus características, estructura interna, funcionamiento, curva característica, mosfet incremental y mosfet decrementar. Introducción.-

Figura 1.0 Estructura interna del transistor MOSFET canal n

Los transistores MOSFET son dispositivos de efecto de campo, los cuales utilizan un campo eléctrico para crear un canal de conducción. Son dispositivos parecidos a los transistores FET, pero manejan corrientes mas elevadas. Existen dos tipos de MOSFET, mosfet de acumulación y mosfet de depleción. Características

Figura 1.2 Estructura interna del transistor MOSFET canal p

Los transistores JFET y MOSFET tienen una estructura física muy diferente pero sus ecuaciones analíticas son muy similares. Por ello, en los transistores MOS se definen las mismas regiones de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. Además estos tienen la capacidad de disipar altas potencias y conmutar grandes corrientes en menos de un nanosegundo: mucha más rapidez que la actualmente alcanzable utilizando un BJT, es por esta razón que se lo utiliza como interruptor de alta potencia y alta frecuencia.

Figura 1.3 Simbología MOSFET canal n y canal p

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Zonas de funcionamiento del transistor MOSFET

Si el transistor está cerrado pero soporta una tensión drenador-surtidor elevada, éste se comporta como una fuente de corriente constante, controlada por la tensión entre la puerta y el surtidor. La disipación de potencia en este caso puede ser elevada dado que el producto tensión-corriente es alto, el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión VGS. Verifica las siguientes ecuaciones:

Figura 2.0 Curva Característica del transistor MOSFET Región de corte Se verifica que VGS< VT, la tensión entre la puerta y la fuente es más pequeña que una determinada tensión umbral (VT), con lo que el dispositivo se comporta como un interruptor abierto y la corriente ID es nula.

Mosfet de deplexion Tiene las curvas características casi idénticas a las de los JFET. • Existe un delgado canal de material semiconductor tipo n que comunica la fuente con el drenador. Encima de éste canal, se encuentra el material aislante y la capa metálica (aluminio o silicio policristalino), que forma la puerta. • La diferencia de funcionamiento con el JFET de canal n reside en que el MOSFET de deplexión puede funcionar con valores positivos de Vgs, mientras que esto no se puede hacer en el JFET (polarización directa de la puerta). • Las curvas de características de salida son casi idénticas, y las ecuaciones del JFET de canal n se pueden aplicar al MOSFET de deplexión de canal n.

Región lineal Si la tensión entre la puerta y la fuente (o surtidor) es suficientemente grande y la tensión entre el drenador y la fuente es pequeña, l transistor se comporta como un elemento resistivo no lineal controlado por tensión.

Un parámetro característico del MOS que depende de la tecnología a través de la constante k y del tamaño de la puerta del transistor (W la anchura y L la longitud). Región saturación

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las del MOSFET de enriquecimiento de canal N.

Figura 3.0 Simbología Mosfet de empobrecimiento Mosfet de Acumulación

Figura 4.0 Simbología Mosfet de acumulación o enriquecimiento

El MOSFET de enriquecimiento de canal N difiere constructivamente del de empobrecimiento de canal n en que no tiene capa de material N, sino que requiere de una tensión positiva entre la puerta y la fuente para establecer un canal. Este canal se forma por la acción de una tensión positiva compuerta-fuente (VGS) ,que atrae electrones de la región del sustrato ubicada entre el drenador y la compuerta que están formados por material semiconductor tipo P. Es decir que el canal no tiene existencia “física” como ocurre con el mosfet de empobrecimiento, sino que se forma a partir de una tensión aplicada VGS. Una VGS positiva, provoca que los electrones se acumulen en la superficie inferior de la capa de óxido, produciéndose el “enriquecimiento” de la región del canal. Cuando la tensión alcanza el valor umbral , VT , han sido atraídos a esta región los electrones suficientes para que se comporte como canal N conductor. No habrá una corriente apreciable ID hasta que VGS exceda el valor VT. Para el MOSFET de enriquecimiento, no existe un valor de IDSS ya que la corriente de drenaje es cero hasta que el canal se ha formado. El MOSFET de enriquecimiento de canal P tiene características similares pero opuestas a

Figura 5.0 Simbología Mosfet de acumulación o enriquecimiento y mosfet de deplexion o empobrecimiento Conclusiones Al finalizar la presente investigación se adquirió conocimientos sobre el transistor MOSFET el cual a diferencia del transistor FET, este tipo MOSFET puede trabajar con corrientes elevadas, este tipo de transistor es controlado por voltaje, es ventajoso ya que su tamaño es muy reducido en comparación a los FET y es muy utilizado en electrónica de 3

Potencia debido a las grandes potencias que puede disipar y puede ser aplicado como Interruptores analógicos o digitales de alta potencia y alta frecuencia, Etapas de entrada a amplificadores diferenciales, Amplificadores especiales y Resistencias controladas por tensión. Referencias [1] Publicación en internet “Transistores de Efecto” disponible en: http://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria _albella/electronica/8%20Transistores%20de %20Efecto%20Campo.pdf [2] Publicación en internet “Mosfet-Basics” disponible en: http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/CourseECSE-6290%20SDM-2/1%20MOSFET1%20Basics.pdf [3] Publicación en internet “Dispositivos de Electrónica de Potencia” disponible en: http://tec.upc.es/el/TEMA- 20EP%20(v1).pdf [4] Publicación en internet “TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO” disponible en: http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedr as/electrica/3_anio/electronica_1/apuntes/Tra nsistor%20de%20Efecto%20de%20Campo. %20-%20fets_2002.pdf

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