Transistores de Efecto de Campo MOSFET y MESFET

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  • 7/22/2019 Transistores de Efecto de Campo MOSFET y MESFET

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    Transistores de efecto de campo MOSFET y MESFET

    Christian Crdenas Guaraca, [email protected] Grupo 3

    rea de: Ingeniera Electrnica

    Resumen

    El presente informe trata acerca de los dispositivos MOSFET tipo empobrecimiento, yenriquecimiento, as como su polarizacin y aplicaciones; adems de los MESFET queveremos una breve explicacin de su funcionamiento y caractersticas principales.

    1.INTRODUCCION

    En la clasificacin de los FET, tenemos JFET, MOSFET y MESFET, y de esta divisin,por parte del MOSFET tenemos una subdivisin extra que es de tipo empobrecimiento, y

    de tipo enriquecimiento, a parte de ya tener la divisin por tipo n y tipo p, as veremos queestos nombres enriquecimiento y empobrecimiento provienen de sus caractersticas,funcionamiento y su principio bsico de operacin, con lo refiere a aplicaciones ya veremosa continuacin cuales han sido encontradas y en la parte que hablaremos de MESFET desus caractersticas bsicas y su modo de funcionamiento.

    2.MOSFET TIPO EMPOBRECIMIENTO.

    Al analizar los MOSFET de tipo empobrecimiento veremos que sus caractersticas sonparecidas a las de los JFET, como en las condiciones de corte y saturacin con IDss ytambin adicionalmente que tiene las caractersticas que se extienden hasta la regin de

    polaridad opuesta de VGS.Como ya habamos mencionado antes tiene algunos aspectos muy parecidos a lostransistores de tipo unin que son los JFET, estn comprendidos por una fuente, unacompuerta y un drenador.

    El MOSFET de empobrecimiento est conduciendo normalmente cuando VGS es nula.

    Tiene curvas de salida y circuitos semejantes al FET. La nica diferencia es que puedefuncionar con tensiones de puerta tanto positivas como negativas.

    Fig1. CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOSFET DE

    EMPOBRECIMIENTO.

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    1,* Estudiante de Ingeniera Electrnica y Telecomunicaciones, en la UniversidadPolitcnica Salesiana, sede Cuenca. Autor Por [email protected]

    Enviado 19Enero2013.

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    La caracterstica constructiva comn a todos los tipos de transistor MOS es que el terminalde puerta

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    (G) est formado por una estructura de tipo Metal/xido/Semiconductor. El xido esaislante, con lo que la corriente de puerta es prcticamente nula, mucho menor que en losJFET. Por ello, los MOS se emplean para tratar seales de muy baja

    potencia. [1]

    Existen 2 tipos de transistores MOSFETdeempobrecimiento: Empobrecimiento de canal N Empobrecimiento de canal P

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    material dielctrico, lo que quiere decir que mientras este aislante este presente no habrconexin elctrica entre el terminal de compuerta y el canal de un MOSFET.

    Fig3. ILUSTRACION DE UN MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO TIPO

    N.

    En este caso el canal ya est creado. Por lo tanto, si con VGS = 0 aplicamos una tensinVDS aparecer una corriente de drenaje ID. Para que el transistor pase al estado de corteser necesario aplicar una tensin VGS menor que cero, que expulse a los electrones delcanal.

    Fig2. SIMBOLOS DE MOSFET EMPOBRECIMIENTO CANAL N Y

    CANAL P.

    2.1 CONSTRUCCION BASICA DE UN MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO CANALN.

    La construccin bsica de un MOSFET de empobrecimiento canal n, consta de una placabase donde se construye el dispositivo que es de tipo p a partir de una base de silicioconocida como sustrato.

    Se pueden encontrar dispositivos de 4 terminales o simplemente de 3 terminales, ya que losdispositivos de 3 terminales vienen en su parte interna conectada la parte del sustrato a la defuente.

    La fuente y el drenaje estn conectados mediante contactos metlicos a metales tipo ndopadas vinculadas a un canal n, la compuerta tambin se encuentra conectada a una placametlica solo que se mantiene aislada del canal n por un recubrimiento de bixido de silicioque es un

    Fig4. CARACTERISTICA VDS-ID DE UN MOSFET DE

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    EMPOBRECIMIENTO CANAL N.

    2.2 CONSTRUCCION BASICA DE UN MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO CANALP.

    La construccin de un MOSFET empobrecimiento tipo p es exactamente opuesta a la de untipo n, las terminales no cambian, pero las polaridades de voltaje y las direcciones decorriente se invierten, es decir para las caractersticas de drenaje serian igual a las de tipo nsolo que ahora VDS ser negativo e ID positivo, y la direccin definida esta invertida,adems que VGS tambin estar con las polaridades opuestas, es decir la corriente de

    drenaje se incrementara desde el valor de corte con VGS= Vp en la regin positiva de VGShasta IDss luego continuara incrementndose con los valores negativos crecientes de VGS.La ecuacin de Shockley sigue siendo aplicable y solo requiere que se coloque el signocorrecto tanto para VGS como para Vp en la ecuacin.

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    3.MOSFET TIPO ENRIQUECIMIENTO.

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    A diferencia de un JFET, en el MOSFET de enriquecimiento inicialmente no existe canal,por lo cual debe ser inducido mediante un campo elctrico originado por la tensin VGSaplicada.

    Los MOSFET tipo enriquecimiento poseen caractersticas muy diferentes a las vistas hasta

    ahora por los otros tipos de MOSFET, la curva de transferencia no est definida por laecuacin de Shockley y la ID ahora es la de corte hasta que el VGS alcance una magnitudespecfica, entones ahora a comparacin con los otros FETS vistos antes, el control de lacorriente en un canal n ser mediante VGS positivo.

    Existen 2 tipos de transistores MOSFET de emriquecimiento:

    Enriquecimiento de canal N

    Enriquecimiento de canal P

    Fig7. SIMBOLOS DE MOSFET ENRIQUECIMIENTO CANAL N YCANAL P.

    Fig5. ILUSTRACION DE UN MOSFET DEEMPOBRECIMIENTO TIPO

    Frmulas para MOSFETEmpobrecimiento.

    P.

    Fig6. CARACTERISTICA VDS-ID DE UN MOSFET DE

    EMPOBRECIMIENTO CANAL P.

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    k = constante de construccin del dispositivo.

    3.1 CONSTRUCCION BASICA DE UN MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO CANAL N.

    La construccin de un MOSFET tipo enriquecimiento es muy parecida a la de un MOSFETtipo empobrecimiento con la nica excepcin de que no existe un canal entre el drenaje y lafuente.

    Fig8. ILUSTRACION DE UN MOSFET ENRIQUECIMIENTO TIPO N.

    - Con la ausencia de canal n producir una corriente de 0A

    VT = voltaje de umbral

    El voltaje de umbral aparece del incremento de VGS que hace que incremente la corrientede drenaje.

    Entonces el nivel de saturacin viene dado por VDS(sat) = VGSVT

    Para valores de VGS menores que el nivel de umbral, la corriente de drenaje de unMOSFET tipo enriquecimiento es 0mA.

    Para niveles VGS > VT, la corriente de drenaje esta relacionada con el voltaje de lacompuerta a la fuente dada por la siguiente relacin:

    ID = k (VGS - VT)^2Fig9. CARACTERISTICAS DE TRANSFERENCIA DE UN MOSFETENRIQUECIMIENTO A PARTIR DE LAS CARACTERISTICAS DE DRENAJE.

    3.2 CONSTRUCCION BASICA DE UN MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO CANAL P.

    La construccin es opuesta a la del MOSFET enriquecimiento canal n, pero las conexionesde drenaje y la fuente se mantienen, haciendo que las polaridades del voltaje y lasdirecciones de corriente cambien de direccin.

    Fig10. ILUSTRACION DE UN MOSFET ENRIQUECIMIENTO TIPO P.Las caractersticas de drenaje sern las siguientes:

    Fig11. CARACTERISTICAS DE DRENAJE MOSFET

    ENRIQUECIMIENTO TIPO P.

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    Los valores de corriente sern crecientes mientras ms negativo sea VGS.

    Y las ecuaciones son las mismas que las del canal n.

    Frmulas para MOSFET Enriquecimiento.

    Fig12. FORMULAS MOSFET ENRIQUECIMIENTO.

    4. APLICACIONES

    4.1 MOSFET EMPOBRECIMIENTO

    -Amplificar seales pequeas casi como los JFET.

    -Excelentes propiedades de bajo ruido.

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    -Si la impedancia de entrada de un JFET no es suficientemente alta se puede utilizar unMOSFET.

    -Un MOSFET es un amplificador separador casi ideal por que el SIO2 nos dar unaresistencia de entrada que tienda a infinito.

    4.2 MOSFET ENRIQUECIMIENTO

    -Es utilizado en Microprocesadores y memorias de computadoras por funcionar comointerruptor.

    -Los circuitos digitales realizados con MOSFET no necesitan resistencias, con el ahorro desuperficie que conlleva.

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    -La velocidad de conmutacin es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos.-Se usan en los convertidores de alta frecuencias y baja potencia.

    Aplicaciones de los MOSFET en general. [2]

    -Resistencia controlada por tensin.

    -Circuitos de conmutacin de potencia

    -Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.

    -Inversores

    -Fuentes conmutadas

    -Equipos de computo

    -Circuitos de modulacin por amplitud de pulso(PWM)

    5.MESFET.

    Substituye la unin PN del JFET con una barrera Schottky, que son barreras establecidasmediante la instalacin de un metal como el tungsteno sobre un canal de tipo n, ademsmediante esta barrera se realiza el control de flujo de corriente, su construccin es tal comoest en la figura.

    Fig13. CONSTRUCCION MESFET EMPOBRECIMIENTO CANAL N.

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    Puede operar en frecuencias bastante ms altas a comparacin del JFET, en la regin de lasmicroondas, son construidos casi en su totalidad con arseniuro de galio. [3]

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    MESFET enriquecimiento.

    Fig16. FORMULAS MESFET ENRIQUECIMIENTO CANAL N.

    Fig14. CONSTRUCCION MESFET ENRIQUECIMIENTO CANAL N 6.CONCLUSIONES

    Fig15. FORMULAS MESFET EMPOBRECIMIENTO CANAL N

    Los MOSFET tanto en empobrecimiento como enriquecimiento, podemos ver que son degran ayuda para la edificacin de muchos implementos que usamos hoy en da, comocomputadores microprocesadores y en si todo equipo electrnico que tengamicrocomponentes en su interior.

    Como pudimos apreciar en las diferentes configuraciones de MOSFETS, cuentan conclculos fciles y sencillos de lograr, solo se debe conocer su funcionamiento su forma detrabajo, y la manera en la que internamente estn compuestos ya que varan dependiendo sison de tipo n o p su polaridad en el voltaje y su direccin en la corriente.

    Los MOSFET vimos que pueden ser usados como conmutadoras ya que lo que manipulanes el voltaje que y en base a esto tambin la corriente.

    7. REFERENCIAS

    [1]Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky,

    Teora de circuitos y dispositivos electrnicos,

    10ma edicin Pearson Education Mxico 2009.

    [2]ECURED home page (Enciclopedia por el estado cubano). [Online]. Available MosfetIRFZ44N on Search http://www.ecured.cu/index.php/Mosfet_IRFZ44N

    [3]ICMM home page (Instituto de ciencia de materiales de Madrid). [Online]. AvailableTransistores de efecto campo by Jose Maria Albellahttp://www.icmm.csic.es/fis/gente/josemaria_albella

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