El transistor de efecto de campo

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1 1. IDENTIFICACION ASIGNATURA GRADO PERIODO I.H.S. TECNOLOGIA ONCE SEGUNDO 6 DOCENTE(S) DEL AREA:NILSON YEZID VERA CHALA COMPETENCIA: USO Y APROPIACION DE LA TECNOLOGIA NIVEL DE COMPETENCIA: INTERPRETATIVA SABER: Dispositivos de Potencia 2. MOTIVACION AMBIENTACIÓN - SENSIBILIZACIÓN 3. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE El transistor de efecto de campo Los transistores de efecto de campo, también llamados unipolares, se diferencian de los bipolares (que aprovechan tanto los portadores minoritarios como mayoritarios) en que sólo aprovechan los portadores mayoritarios. En los transistores unipolares la corriente de salida es proporcional a la tensión de entrada (no a la corriente de base como en los bipolares) lo que consigue una elevada ganancia y una impedancia de entrada casi infinita, lo que los hace ideales para amplificar señales débiles. Estudiaremos dos tipos de transistores de efecto de campo (FET): Los transistores FET de unión: JFET. Los transistores FET de puerta aislada: MOSFET.

2 Transistor FET de unión: funcionamiento y características El JFET, transistor de efecto de campo de unión o transistor unipolar, funciona con un único tipo de portadores de carga, huecos o electrones, según el tipo de construcción.

3 Su uso principal aparece como componentes de circuitos integrados, siendo extraño encontrarlos de forma aislada. Están formados por una delgada capa de material semiconductor (canal) entre dos capas de dopado contrario. Se polariza el surtidor y el drenador de forma que se produce una corriente de portadores mayoritarios a través del canal. Si el canal es tipo N, los electrones serán los portadores mayoritarios y la polarización Surtidor-drenador será tal que los electrones salgan del surtidor y se dirijan al drenador atravesando el canal. La unión formada por el canal y la puerta se polariza inversamente mediante una tensión puerta-surtidor. Se produce una capa de agotamiento en las proximidades de la unión, como en cualquier diodo polarizado inversamente, lo que reduce el número de portadores existente en el canal aumentando la resistencia de éste y disminuyendo la corriente del canal que se había establecido. Si la tensión de la puerta llega a un valor determinado, tensión de apagado, el canal se estrangula totalmente y la corriente del canal se anula. Trabajando con tensiones inversas en la puerta se dice que el transistor funciona en modo de empobrecimiento, ya que, al aumentar esta tensión se reduce el número de portadores del canal y disminuye la intensidad de drenador. Con una tensión nula entre puerta y surtidor V GS = 0 (en cortocircuito) se produce la intensidad máxima de drenador.

4 Al aumentar la tensión inversa de la puerta se reduce la intensidad de drenador. La intensidad de salida es proporcional a la tensión de entrada. Por estar la entrada polarizada inversamente, la única corriente en la entrada es una corriente muy pequeña de fugas y por tanto la resistencia de entrada muy alta, del orden de megaohmios. El JFET tiene menor ganancia de tensión que los transistores bipolares, pero su resistencia de entrada es mucho mayor y su corriente de fugas casi inexistente. Es muy estable ante variaciones de temperatura (los portadores minoritarios no intervienen) y también a otras variaciones externas como radiaciones o ruidos eléctricos. Aunque su uso principal sea como componente de circuitos integrados, también se usa de forma discreta en algunos circuitos de radio y televisión como en control automático de ganancia (CAG) y como interruptor analógico. Como interruptor se controla con la tensión de puerta, llevándolo al corte mediante la tensión de apagado, que bloquea el canal, y a la saturación mediante una tensión nula puerta-surtidor (puerta a masa en la figura). Transistores MOSFET: funcionamiento y características

5 En los transistores MOS, la puerta está aislada del canal por una fina capa de óxido de silicio. Se consigue así una resistencia de entrada elevadísima (de 10 GW a GW) con una corriente de puerta prácticamente nula, lo que los hace ideales para amplificar señales muy débiles. Existen dos tipos de transistores MOS: De empobrecimiento: para amplificar señales débiles en altas frecuencias. De enriquecimiento: como componentes de circuitos digitales. MOSFET de empobrecimiento Los electrones pueden circular del surtidor al drenador a través del canal animados por la tensión surtidor-drenador.

6 La tensión inversa entre puerta y surtidor estrecha el canal, reduciendo el número de portadores (empobrecimiento) y controlando la corriente de drenador. Debido a la capa aislante de óxido de silicio, la intensidad por la puerta es prácticamente nula y la impedancia de entrada muy grande. El sustrato suele estar unido al surtidor. En la familia de curvas se aprecia que también existen curvas para tensiones positivas de puerta, ya que este tipo de transistor (de empobrecimiento) también puede funcionar en modo de enriquecimiento, esto es, polarizando directamente la unión puerta surtidor, lo que aumenta la concentración de portadores en el canal (enriquecimiento) y la intensidad de drenador. Gracias a la capa aislante de óxido de silicio, la intensidad de entrada sigue siendo prácticamente nula. MOSFET de enriquecimiento Es un transistor MOSFET diseñado para trabajar exclusivamente en modo de enriquecimiento.

7 La tensión de puerta polariza directamente la unión puerta surtidor y aumenta el número de portadores en el canal sin que exista corriente de puerta por estar aislada por la capa de óxido de silicio. Aumentos de tensión de puerta provocan aumentos de intensidad de drenador para una tensión drenadorsurtidor dada. Para una tensión de puerta nula, la intensidad de drenador es cero. No pueden trabajar por tanto en modo de empobrecimiento. Introducción El tiristor Son componentes electrónicos que trabajan en conmutación, es decir, conducen o no conducen, comportándose como interruptores capaces de abrir y cerrar circuitos muy rápidamente y controlar grandes cargas. Su campo de aplicación está en la electrónica industrial o electrónica de potencia para controlar grandes cargas, regular la velocidad de motores, la intensidad de alumbrado, etc. El rectificador controlado de silicio: SCR

8 Para explicar el funcionamiento del SCR vamos a analizar un circuito formado por dos transistores bipolares, uno PNP y otro NPN, denominado candado o cerrojo. Cierre (conducción) Si aplicamos un impulso de tensión positiva a la base de T2, éste entra en conducción, creando una corriente de colector que activa la base de T1, haciendo que éste entre también en conducción y que se inicie una corriente por la carga. La corriente de T1 hace aumentar la de base de T2 y ésta la de T1 en un ciclo de realimentación que lleva ambos transistores a la saturación. El conjunto se comporta como un interruptor cerrado que deja pasar la máxima intensidad por la carga. Apertura (corte) Si aplicamos una tensión negativa a la base de T2, llevará a éste al corte, anulando la corriente de base de T1 y llevando al corte a ambos transistores. Otra forma de que se produzca el corte es que se interrumpa la corriente por la carga, abriendo el circuito en algún punto o anulando la tensión de alimentación.

9 Si la alimentación se realiza con corriente alterna, en cada ciclo la corriente pasa por cero anulándose, esto produce el corte en el circuito debiendo aplicar un impulso positivo a la base de T2 cada ciclo si queremos que vuelva a conducir. Este circuito se puede integrar en un único elemento denominado rectificador controlado de silicio o SCR. Mientras no se supere una determinada tensión máxima entre el ánodo y el cátodo denominada tensión de ruptura, el SCR sólo conduce cuando se aplique un impulso positivo a la puerta. Por ejemplo, el 2N 6389 posee las siguientes características: Tensión de disparo Corriente de disparo Tensión de ruptura Corriente máxima V g = 0,7 V I g = 8 ma V d = 600 V I fmax = 12 A Curva característica. Al aumentar la tensión aplicada entre ánodo y cátodo apenas conduce hasta que se supera la tensión de ruptura (Vd). Entonces se comporta como un interruptor cerrado aumentando rápidamente la corriente.

10 La curva está realizada para una intensidad de puerta nula. si se activa la corriente de disparo en la puerta, el SCR pasa directamente a la conducción sin necesidad de llegar a la tensión de ruptura. Control de potencia Los SCR pueden manejar grandes corrientes que pueden llegar a algunos miles de amperios, lo que los hace ideales para controlar grandes potencias. En el caso de alimentar una carga con corriente continua, se conectará con impulsos positivos a puerta y se conectará con impulsos negativos, o bien, con un interruptor que corte la corriente. En el caso de alimentar una carga con corriente alterna, cada vez que la corriente pasa por cero se desconecta el circuito. Por ello debe conectarse el circuito con un tren de impulsos positivos de igual frecuencia a la de la red.

11 Además de recortar los semiciclos positivos en función del ángulo de desfase del tren de impulsos respecto a la señal de alimentación, quedan recortados los semiciclos negativos, tal y como ocurría con los rectificadores de media onda, ya que en polarización inversa el SCR no conduce. Regulando el ángulo de desfase se puede recortar la onda en mayor o menor medida, regulando la potencia que llega a la carga. 4. EVALUACION

12 Leyes fundamentales de la electricidad en el análisis de circuitos de corriente continua, para la selección de los componentes requeridos y el buen funcionamiento del mismo 5. ACTIVIDADES EXTRACLASE Consultar : Transistor como amplificador, Características del transistor FET y JFET 6. WEBGRAFIA y/o BIBLIOGRAFIA