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INSTITUTO TECNOLOGICO DE HERMOSILLO

INGENIERIA MECATRONICA

Alumno: Omar Guadalupe Montaño Rosas

Tarea: Transistor FET

Maestro: Ing. Marco Antonio Gómez Valverde

Materia: Electrónica Analógica

Hermosillo Sonora a 15 de noviembre de 2015 Índice

Contenido Introducción........................................................................................................ 3 Antecedentes...................................................................................................... 4 Marco Teórico...................................................................................................... 5 Contenido............................................................................................................ 6 Definición......................................................................................................... 6 Tipos de transistores FET................................................................................. 7 Configuración................................................................................................... 8 Polarización...................................................................................................... 9 Recta de Carga.............................................................................................. 17 Punto Q.......................................................................................................... 18 Aplicaciones................................................................................................... 19 Datasheet (Hoja de datos) transistor FET.....................................................20 Anexo................................................................................................................ 21 Simulaciones con dos fuentes........................................................................21 Conclusiones..................................................................................................... 22 Trabajos citados................................................................................................ 23 Bibliografía........................................................................................................ 23

Introducción El transistor FET (Field-Effect Transistor o FET Dylan en inglés) es muy conocido por sus dos características que serían NPN Y PNP, este transistor también es conocido como efecto de campo , estos son enfocados a un canal eléctrico que se enfoca en la conectividad de un semi-conductor , la mayoría de los transistores FET son creados o usados para procesos de semi-conductores en su mayoría de ellos , su comportamiento es muy diferente al del transistor BJT , este también contiene 3 patas que serían puerta , drenador y fuente , el transistor se comporta como un interruptor controlado por tensión. ( Fundación Wikimedia, Inc.,, 2003)

Antecedentes El transistor de efecto de campo fue patentado por Julius Edgar Lilienfeld en 1925 y por Oskar Heil en 1934, pero los dispositivos semiconductores fueron desarrollados en la práctica mucho después, en 1947 en los Laboratorios Bell, cuando el efecto transistor pudo ser observado y explicado. El equipo detrás de estos experimentos fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Desde 1953 se propuso su fabricación por Van Nostrand (5 años después de los BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 80’s. ( Fundación Wikimedia, Inc.,, 2003) Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. Pero los dispositivos semiconductores fueron desarrollados en la práctica mucho después, en 1947 en los Laboratorios Bell, cuando el efecto transistor pudo ser observado y explicado. El equipo detrás de estos experimentos fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Desde 1953 se propuso su fabricación por Van Nostrand (5 años después de los BJT). Aunque su fabricación no fue posible hasta mediados de los años 80'.El transistor de efecto de campo fue patentado por Julius Edgar Lilienfeld en 1925 y por Oskar Heil en 1934. Field-Effect Transistor     

-Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100MΩ). -No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza como conmutador (interruptor). -Hasta cierto punto es inmune a la radiación. -Es menos ruidoso. -Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.

(Acosta, 2014)

Marco Teórico EL TRANSISTOR FET El JFET es un dispositivo unipolar, ya que en su funcionamiento sólo intervienen los portadores mayoritarios. Existen 2 tipos de JFET: de "canal N" y "de canal P".

Figura 1: Símbolos de los transistores JFET, canal N y canal P.

Al comparar el JFET con el TBJ se aprecia que el drenaje (D) es análogo al colector, en tanto que el surtidor (S) es análogo al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G), es análogo a la base. La estructura física de un JFET (transistor de efecto campo de unión) consiste en un canal de semiconductor tipo n o p dependiendo del tipo de JFET, con contactos óhmicos (no rectificadores) en cada extremo, llamados fuente y drenador. A los lados del canal existen dos regiones de material semiconductor de diferente tipo al canal, conectados entre sí, formando el terminal de puerta.

•

En el caso del JFET de canal N, la unión puerta – canal, se encuentra polarizada en inversa, por lo que prácticamente no entra ninguna corriente a través del terminal de la puerta.



El JFET de canal p, tiene una estructura inversa a la de canal n; siendo por tanto necesaria su polarización de puerta también inversa respecto al de canal n.

•

Los JFET se utilizan preferiblemente a los MOSFET en circuitos discretos.

•

En el símbolo del dispositivo, la flecha indica el sentido de polarización directa de la unión pnp.

(González, 2012)

Contenido Definición Transcripción de El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET.El transistor de efecto campo 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. (Acosta, 2014)

Tipos de transistores FET Tipo de transistores de efecto campo El canal de un FET es dopado para producir tanto un semiconductor tipo N o uno tipo P. El drenador y la fuente deben estar dopados de manera contraria al canal en el caso de FETs de modo mejorado, o dopados de manera similar al canal en el caso de FETs en modo agotamiento. Los transistores de efecto de campo también son distinguidos por el método de aislamiento entre el canal y la puerta. Los tipos de FETs son: Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta:       

 

El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2). El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) substituye la unión PN del JFET con una barrera Schottky. En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "huecos" forma el aislante entre la puerta el cuerpo del transistor. Los MODFET (Modulation-Doped Field Effect Transistor) Los IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) es un dispositivo para control de potencia. Son comúnmente usados cuando el rango de voltaje drenajefuente está entre los 200 a 3000V. Aun así los Power MOSFET todavía son los dispositivos más utilizados en el rango de tensiones drenaje-fuente de 1 a 200V. Los FREDFET es un FET especializado diseñado para otorgar una recuperación ultra rápida del transistor. Los DNAFET es un tipo especializado de FET que actúa como biosensor, usando una puerta fabricada de moléculas de ADN de una cadena para detectar cadenas de ADN iguales

(Mederos, 2008)

Configuración

(González, 2012)

Polarización 

Polarización con dos fuentes.

Figura 5. Polarización con dos fuentes DATOS:



Auto polarización:



Con resistencia de source.

Figura 6. Polarización con resistencia de source DATOS:



Sin resistencia de source.

Figura 7. Polarización sin resistencia de source. DATOS



Polarización con divisor de tensión.

Figura 8. Polarización con divisor de tensión DATOS



Polarización con fuente doble.

Figura 9. Polarización con doble fuente. DATOS

SIMULACIONES En los anexos sección 11 ANÁLISIS DE DATOS 

Polarización con dos fuentes

Medidos Simulados Calculados

VDD

12.01 V

12 V

12 V

VDS

5.68 V

5.97 V

6V

VGS

-0.75 V

-0.73 V

-0.73 V

VRD

6.3 V

6.02 V

6V

ID

3.72 mA

3.54 mA

3.5 mA

Tabla 2. Datos medidos (polarización con dos fuentes)

Grafica 1. Relación entre VDS medido, simulado y calculado

Grafica 2. Relación entre ID medido, simulado y calculado 

Auto polarización



Con resistencia de source

Medidos Simulados Calculados

VDD

12.02 V

12 V

12 V

VDS

5.99 V

5.93 V

6V

VGS

-1.04 V

-0.95 V

-1 V

ID

7.59 mA

7.99 mA

7.74 mA

Tabla 3. Datos medidos (auto polarización con resistencia de source)

Grafica 3. Relación entre VDS medido, simulado y calculado

Grafica 4. Relación entre ID medido, simulado y calculado 

Sin resistencia de source

Medidos Simulados Calculados

VDD

11.99 V

12 V

12 V

VDS

6.01 V

6.18 V

6V

VGS

0V

0V

0V

VRD

5.98 V

6.17 V

6V

ID

13.35 mA

13.4 mA

13 mA

Tabla 4. Datos medidos (auto polarización sin resistencia de source)

Grafica 5. Relación entre VDS medido, simulado y calculado

Grafica 6. Relación entre ID medido, simulado y calculado 

Con divisor de tensión

Medidos Simulados

Calculados

VDD

19.83 V

20 V

20 V

VDS

10.08 V

10.09 V

10 V

VGS

-0.69 V

-0.53 V

-0.58 V

ID

3 mA

2.98 mA

3 mA

Tabla 5. Datos medidos (con divisor de tensión)

Grafica 7. Relación entre VDS medido, simulado y calculado

Grafica 8. Relación entre ID medido, simulado y calculado 

Doble fuente

Medidos Simulados Calculados

VDD

11.98 V

12 V

12 V

VDS

4.31 V

4.45 V

4V

VGS

-0.74 V

-0.8 V

-1 V

VSS

-4 V

-4 V

-4 V

ID

2.63 mA

2.55 mA

2.65 mA

Tabla 6. Datos medidos (doble fuente)

Grafica 9. Relación entre VDS medido, simulado y calculado

Grafica 10. Relación entre ID medido, simulado y calculado

(González, 2012)

Recta de Carga La recta de carga se calcula de forma similar a los casos estudiados para el BJT. – Se determina la malla drenador – fuente, aplicando la 2LK.   



Se hallan los puntos de corte con los ejes coordenados suponiendo Id=0 mA, primero, y posteriormente Vds = 0v. Se representan dichos puntos y se unen por una recta. El punto de trabajo del transistor coincidirá con la intersección de la recta Departamento de Ingeniería de la Información y Comunicaciones Universidad de Murcia 11 El punto de trabajo del transistor coincidirá con la intersección de la recta de carga con la curva de Vgs correspondiente.

(German Villalba, 2010)

Ecuación de Shockley:

ID=IDSS(1VGS/Vp)2

Donde: 

Vp es la tensión de puerta que produce el corte en el transistor FET.



IDSS es la corriente máxima de drenador que circula por el transistor, al aumentar VDS, cuando la polarización de la puerta es VSG= 0 vol

(Electroncia Facil, 2004)

Punto Q Es el punto donde se polariza el transistor, de acuerdo a una gráfica de la corriente de colector(continua) en función de la tensión de colector-emisor(continua), el punto Q estaría en el medio de una pendiente negativa (1/R), esto se hace para trabajar el transistor en zona lineal y no corte ni sature .

Aplicaciones Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar: APLICACIÓN

PRINCIPAL VENTAJA

USOS

Aislador o separador Impedancia de entrada Uso general, equipo de medida, (buffer) alta y de salida baja receptores Amplificador de RF

Bajo ruido

Mezclador

Baja distorsión intermodulación

Amplificador CAG

Sintonizadores de FM, para comunicaciones

de Receptores de FM y TV,equipos para comunicaciones

con Facilidad para controlar Receptores, ganancia señales

Amplificador cascodo

Baja capacidad entrada

Troceador

Ausencia de deriva

Resistor variable por Se controla por voltaje voltaje

generadores

de Instrumentos de equipos de prueba

Mínima variación frecuencia

Circuito MOS digital Pequeño tamaño

de

medición,

Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono

Amplificador de baja Capacidad pequeña de Audífonos para frecuencia acoplamiento transductores inductivos Oscilador

equipo

de Generadores de patrón, receptores

sordera,

frecuencia

Integración en gran computadores, memorias

escala,

Siempre nos va a interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensión de puerta. (Electroncia Facil, 2004)

Datasheet (Hoja de datos) transistor FET (Mederos, 2008)

Anexo Simulaciones con dos fuentes

Figura 10. Simulación con Polarización con dos fuentes.

Tabla 7. Simulaciones-Configuración con 2 fuentes

Figura 11. Recta de carga ingreso x=VGS (V) y=ID (mA)

Figura 12. Recta de carga salida x=VDS (V) y=ID (mA)

Conclusiones

Como pudimos ver en este trabajo el transistor vino a facilitarnos muchas cosas en conceptos de electrónica, también son muchas sus aplicaciones en los cuales estamos interactuando con un transistor y podemos así mejorar la facilidad o acabildad de nuestro circuito eléctrico ya que tiene muchas capacidades que podemos explotar de este transistor.

Trabajos citados Fundación Wikimedia, Inc.,. (2015 de Diciembre de 2003). Wikipedia. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_campo Acosta, J. (28 de Octubre de 2014). Prezi. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de https://prezi.com/oroy3vf6nhw4/el-transistor-de-efecto-campofield-effect-transistor-o-fet/ Electroncia Facil. (2004). Elecronica Facil. Recuperado el 2015 de Noviembre de 2015 German Villalba, M. Z. (25 de Marzo de 2010). http://ocw.um.es/. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de http://ocw.um.es/ingenierias/tecnologia-ysistemas-electronicos/material-de-clase-1/tema-4.-transistores-de-efectocampo.pdf González, J. R. (12 de Noviembre de 2012). Monografias.com. Recuperado el 2015 de Noviembre de 15, de http://www.monografias.com/trabajos90/transistor-fet/transistorfet.shtml#marcoteora Mederos, A. W. (2010 de Diciembre de 2008). Monografias.com. Recuperado el 2015 de Novimbre de 2015, de http://www.monografias.com/trabajospdf/transistores-aplicaciones/transistores-aplicaciones.pdf

Bibliografía Fundación Wikimedia, Inc.,. (2015 de Diciembre de 2003). Wikipedia. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_campo Acosta, J. (28 de Octubre de 2014). Prezi. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de https://prezi.com/oroy3vf6nhw4/el-transistor-de-efecto-campofield-effect-transistor-o-fet/ Electroncia Facil. (2004). Elecronica Facil. Recuperado el 2015 de Noviembre de 2015 German Villalba, M. Z. (25 de Marzo de 2010). http://ocw.um.es/. Recuperado el 15 de Noviembre de 2015, de http://ocw.um.es/ingenierias/tecnologia-ysistemas-electronicos/material-de-clase-1/tema-4.-transistores-de-efectocampo.pdf

González, J. R. (12 de Noviembre de 2012). Monografias.com. Recuperado el 2015 de Noviembre de 15, de http://www.monografias.com/trabajos90/transistor-fet/transistorfet.shtml#marcoteora Mederos, A. W. (2010 de Diciembre de 2008). Monografias.com. Recuperado el 2015 de Novimbre de 2015, de http://www.monografias.com/trabajospdf/transistores-aplicaciones/transistores-aplicaciones.pdf