Mosfet SyCE Telematica

8/18/2019 Mosfet SyCE Telematica

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Reporte - MOSFET

Semiconductores y Circuitos Eléctricos

Facilitador: Ing. Fernando HernándezContreras

Nombre del Alumno:Francisco Javier Pérez Díaz

Ángel Ado lfo González García

08/03/2016


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Introducción

Transistores MOSFET como interruptores de potencia

Los transistores MOSFET son utilizados masivamente como conmutadores

gracias a sus características de tamaño, facilidad de uso y bajo consumo de

energía, lo cual los convierte en el ladrillo constructor de los circuitos integradosdigitales de hoy en día, estando presentes en prácticamente todos los dispositivos

electrónicos Dichas características también los hacen idóneos para aplicaciones

de potencia, en que se requiere gran capacidad de corriente y conmutaciones

veloces.

Un MOSFET es un dispositivo semiconductor de tres terminales denominados

fuente (source), compuerta (gate) y drenador (drain).

Al aplicar un voltaje positivo entre la fuente y la compuerta no se produce

conducción entre ellos, pues la compuerta está físicamente aislada del

semiconductor. Sin embargo, si se aplica una tensión positiva en la compuerta(respecto a la fuente, que está cortocircuitada con el sustrato), se produce una

acumulación de electrones producto de la atracción eléctrica generada por esta

diferencia de potencial. Si este voltaje es lo suficientemente grande, la

acumulación de electrones forma un canal que une ambas zonas de tipo N, donde

los portadores mayoritarios son los electrones, permitiendo así la conducción

eléctrica entre el drenador y la fuente. Es claro que al quitar el voltaje entre la

compuerta y la fuente (VGS), la conducción desaparece inmediatamente al

desaparecer el canal.

De lo anterior se deduce que el tamaño del canal dependerá fuertemente del nivel

de tensión aplicado a la compuerta, ya que mientras mayor sea, más electroneshabrá en el canal, condicionando así la corriente que puede circular. Además,

existe un efecto capacitivo de influencia no menor en muchos casos, producto de

la aislación con óxido de silicio, el cual puede ser crítico para alcanzar

conmutaciones rápidas.

Estas características le dan al MOSFET su excelente desempeño en cuanto a

velocidad de conmutación y bajas pérdidas, pero hacen necesario el estudio de los

fenómenos involucrados para el diseño de un adecuado circuito de encendido.

Resistencia de Conducción

Al estar encendido, el MOSFET presenta un comportamiento resistivo entre eldrenador y la fuente, el cual se define por el parámetro RDS, cuyo valor varía

según las condiciones de operación.

Debido a lo anterior, es fundamental la aplicación de una tensión de compuerta

apropiada para la corriente que se requiere, de modo de minimizar las pérdidas de

conducción.


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Otro factor a considerar, para determinar las tensiones usadas en los disparos de

un MOSFET, es el voltaje de umbral en la compuerta. Dicho umbral corresponde a

la tensión mínima necesaria para formar el canal, por lo que una señal de apagado

debe estar bajo este umbral y una de encendido sobre el mismo.

Velocidad de ConmutaciónLas capacidades parásitas presentes entre la compuerta y los otros dos terminalesdel transistor condicionan la velocidad de encendido, ya que para alcanzar la

diferencia de potencial capaz de formar el canal deseado, es necesario entregar

una cierta cantidad de carga. El tiempo que tarde en acumularse dicha carga

determinará el tiempo de conmutación del MOSFET.

Una vez alcanzado el voltaje deseado en la compuerta, no se requiere más flujo

de corriente para mantener el canal, exceptuando pequeñas corrientes de fuga,

debido a la aislación eléctrica del óxido de silicio.

Para cumplir con estas especificaciones, existe en el mercado una gran variedad

de circuitos de disparo o drivers, los cuales están diseñados para proporcionar

estas altas corrientes por pequeños períodos y mantener la tensión de compuerta

en un valor apropiado.


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Desarrollo

Para la siguiente práctica, se utilizó el MOSFET como interruptor de potencia al

momento de encender un circuito, que en este caso será un LED.

Materiales: MOSFET IRFZ44N

Resistencia 1 KΩ

Resistencia 1 MΩ

Resistencia 100 Ω

LED

Push Button

Capacitor Electrolítico 100uf

Protoboard Mediano

Circuito Electrónico (y modificaciones)

1.- Primera parte 2.- Segunda Parte

3.- Tercera

Parte


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Para concretar que nuestro circuito estaba bien conectado y que el voltaje pasaba

por el MOSFET, se procedió a usar un multímetro para medir el voltaje de salida y

efectivamente, al momento de presionar el push button permitía el tránsito de

voltaje.

Después se midió la corriente pero no marcaba valores de corriente.


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Para la segunda parte de la práctica se modificó un poco el circuito, añadiendo una

resistencia de 100 Ω y un Capacitor de 100uf.

Esto se llevó a cabo con la finalidad de que el capacitor almacene energía y al momento

de soltar el push button, el LED no se apague completamente y dure aproximadamente 2

minutos.

Y para finalizar la práctica, como tercera parte se pidió retirar la resistencia de 1 MΩ, y se

pudo ver que al momento de soltar el push button, la energía descendía más lento y

tardaba en descargar el capacitor más de 2 minutos.


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Conclusiones

El LED solo prendera al momento que se presione el push button.

El voltaje solo se mostrara cuando exista paso en el push button.

Al momento de medir la corriente en el circuito y que no arrojo resultados se debió

a que los multímetros, como el que se utilizó para la práctica, tienen alta

impedancia y no permite medir en estos casos.

Cuando se añade un capacitor, el LED permanecerá encendido durante más

tiempo y no cortara su energía al instante.

Al momento de quitar una resistencia que acompaña al capacitor, este aumentara

el tiempo de energía y disminuirá el tiempo de descarga.

Y cuando se hacen modificaciones al circuito es necesario desconectar el

capacitor para descargarlo.

El MOSFET, gracias a su gran velocidad de conmutación presenta una gran

versatilidad de trabajo, un consumo muy bajo y su gran uso.


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Firma Anexa

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