ELECTRÓNICA Asignatura Clave:FIM015 Numero de Créditos: 8 Teóricos:4 Prácticos: 4 INSTRUCCIONES PARA OPERACIÓN ACADÉMICA: El Sumario representa un reto, los Contenidos son los ejes temáticos, los Activos una orientación inicial para resolverlos y la síntesis concluyente, como posibilidad de integración conceptual corresponderá a lo factible de un punto de vista temático amplio. La visión global de los asuntos resueltos como Titular Académico, te ofrecerá oportunidades de discusión que se enriquecerán en la medida que intensificas las lecturas, asistes a tu comunidad de estudio, te sirves de los asesores y analizas la ciberinformación disponible posicionándote de los escenarios informativos adecuados. Los períodos de evaluación son herramientas de aprendizaje. Mantén informado al Tutor de tus avances académicos y estado de ánimo. Selecciona tus horarios de asesoría. Se recomienda al Titular Académico (estudiante) que al iniciar su actividad de dilucidación, lea cuidadosamente todo el texto guión de la asignatura. COMPETENCIA: Entender los principios de operación de los dispositivos electrónicos semiconductores mas comunes tales como el diodo, el transistor bipolar y el transistor de efecto de campo. Analizar los circuitos de aplicación más usuales de los dispositivos antes mencionados.

Introducir los principios de diseño elementales en lo referente a fuentes de poder y circuitos amplificadores. Aplicar un paquete computacional parea análisis y diseño de circuitos con elementos semiconductores.

SUMARIO: Presentar al titular académico los principios de operación de las componentes electrónicas mas usuales, así como algunos circuitos de aplicación elementales, en los cuales se observara y analizara el funcionamiento integral de dichos componentes apoyándose con algún paquete computacional.

ELECTRÓNICA

CONTENIDOS:

Unidad I Introducción a la electrónica. Unidad II Materiales semiconductores.

Unidad III Diodos semiconductores. Unidad IV Aplicaciones del diodo. Unidad V Fuentes de poder. Unidad VI Transistores bipolares. Unidad VII Otros dispositivos bipolares.

UNIDAD I Introducción a la electrónica

I.1.-Generalidades de electrónica.

UNIDAD II Materiales semiconductores

II.2.- Conductores. II.3.- Semiconductores. II.4.- Cristales de silicio. II.5.- Semiconductores intrínsecos y extrínsecos. II.6.- Impurificación de un semiconductor. II.7.- Unión de iones positivos y negativos.

UNIDAD III

Diodos semiconductores III.8.- Símbolo y curva característica del diodo. III.9.- Zona directa e inversa de conducción del diodo. III.10.- Características eléctricas del diodo rectificador.

UNIDAD IV Aplicaciones del diodo

IV.11.- Características de los transformadores. IV.12.- El diodo como rectificador de media onda. IV.13.- El diodo como rectificador de onda completa. IV.14.- El puente rectificador. IV.15.- Limitadores de ondas. IV.16.- Cambiadores de nivel. IV.17.- Multiplicadores de voltaje.

UNIDAD V

Fuentes de poder V.18.- Fuentes de voltaje no regulada.

V.19.- Fuentes de voltaje regulada.

UNIDAD VI

Transistores bipolares

VI.20.- Características físicas y eléctricas de los transistores BJT. VI.21.- Diferentes formas de polarizar un transistor. VI.22.- Amplificadores con transistores BJT.

UNIDAD VII Otros dispositivos semiconductores

VII.23.- Transistores JFET. VII.24.- Otros transistores.

ESCENARIOS INFORMATIVOS:

- Asesores locales - Asesores externos - Disposición en internet - Puntualidad en intranet - Fuentes directas e indirectas - Bibliografía

BIBLIOGRAFÍA:

A. P. Malvino 1989 Electronic Principles

McGraw Hill, Cuarta edición, 1989. A.S. Sedra, K.C. Smith 1991 Microelectronic Circuits

Saunders College Publishing, Tercera edición C.J. Savant, M.S. Roden & G. Carpenter 1991 Electronic Design, Circuits & Systems

Benjamín/Cummings Publishing Company, Segunda edición D. L. Schilling & Ch. Belove 1989 Electronic Circuits, Discrete & Integrated

McGraw Hill, Tercera edición J. Millman & A. Grabel 1988 Microelectronics

McGraw Hill, Segunda edición

N. R. Malik 1995 Electronic Circuits, Analyisis, Simulation And Design

Prentice Hall, 1995. P. M. Chirlian 1987 Analysis and Design of Integrated Electronic Circuits

Harper & Row Publishers Inc., Segunda edición, 1987. R. Boylestad & L. Nashelsky 1994 Electrónica: Teoría de Circuitos

Prentice-Hall, Quinta edición R. Boylestad & L. Nashelsky 1992 Electronic Devices And Circuit Theory

Prentice-Hall, Quinta edición. W. H. Hayt & G. W. Neudeck 1984 Electronic Circuit Analysis and Design

Houghton Mifflin Company, Segunda edición, 1984.

Paginas WEB: http://fent.org/lecciones/lecciones.htm http://www.electroguia.com.ar/electronica/

EELLEECCTTRRÓÓNNIICCAA

PRINCIPIA TEMÁTICA: I.1.- Para poder hacer que un circuito electrónico realice una función

determinada se debe contar primeramente con ciertos dispositivos, los cuales son considerados como esenciales o mínimos para poder lograr nuestro objetivo.

Para empezar se debe contar con una fuente de energía eléctrica , ya sea de voltaje o de corriente así como también con algún tipo de dispositivo resistivo que consuma dicha corriente o voltaje. La fuente de tensión o voltaje es un dispositivo que al alimentar un circuito electrónico, este gozará de una tensión y una corriente que le permita funcionar de la manera esperada, siempre y cuando la fuente de tensión no sea exigida por encima de su capacidad, (fuente real de voltaje) ejemplos comunes de fuentes de tensión son los acumuladores de los automóviles y la energía eléctrica que utilizamos en nuestras casas. Las fuentes de corriente son aquellos dispositivos que producen una corriente en su salida que no depende del valor de la resistencia que produzca la carga que será alimentada es decir, cuenta con una resistencia interna demasiado grande como para que el efecto de la carga alimentada no produzca algún cambio significativo en la corriente del circuito en cuestión algunos tipos son acumuladores con resistencias internas muy grandes. Las cargas resistivas son aquellas que para poder producir algún trabajo o realizar alguna función especifica, requiere de ser alimentada con cierta tensión o voltaje la cual le permitirá reaccionar dependiendo del tipo de carga que se este utilizando, las cargas de este tipo mas comunes son los motores eléctricos, resistencias térmicas (planchas, focos, regaderas eléctricas etc.). Las cargas capacitivas son aquellas que requieren de una tensión o voltaje al igual que las resistivas solo que estas no consumen la corriente disipándola de alguna forma solo almacenan voltaje al dejar pasar la corriente a través de ellos y requieren de ir acompañados de una carga resistiva para alimentarlos en cierto momento con el voltaje que hallan almacenado, los mas comunes son los capacitores de todos tipos.

El Teorema de Thevenin nos permite reducir un circuito resistivo complejo y convertirlo en uno mucho mas simple.

El teorema de Norton es una modificación del teorema de Thevenin el cual nos dice que un circuito Thevenin puede ser sustituido por un circuito equivalente (modificaciones en la conexión pero con los mismos valores de voltaje y resistencia).

II.2.- Existen materiales que cuentan con la característica de permitir el paso

de la corriente eléctrica a través de ellos los cuales son conocidos como conductores eléctricos entre estos se encuentran ubicados algunos elementos de la naturaleza como el oro la plata el cobre etc. Y esto es debido a que cuentan con ciertas características atómicas que se lo permite como son los átomos con un electrón de valencia en su último nivel de energía.

II.3.- Así como los conductores tienen un solo electrón de valencia los

semiconductores tienen cuatro lo que los distingue de los conductores y de los aislantes que tienen 8.

II.4.- Cristales de silicio.- El material semiconductor mas usado es el silicio y

es debido a la cantidad de electrones que tiene en su ultima orbita que son cuatro pero si se combina con otros átomos de tal suerte que logre formar un sólido, en este momento se dice que se formo un cristal con la ayuda de este enlace covalente gracias a que se comparten los electrones del ultimo nivel de energía.

II.5.- Semiconductores intrínsecos y extrínsecos.- Un semiconductor

intrínseco es aquel que se encuentra con un grado de pureza muy alto (puro) los cristales de silicio (grupo de átomos enlazados entre si) son semiconductores intrínsecos si al cristal lo forman solo átomos de silicio; en cambio los semiconductores son aquellos a los cuales se les agregan elementos que tengan 5 electrones en su ultima orbita para que formen un enlace covalente con los átomos de silicio y esto produzca que se genere un electrón libre con lo cual se controla el nivel de conducción de los materiales semiconductores.

II.6.- Impurificación de un semiconductor.- Para lograr impurificar a un

semiconductor háblese del silicio, el primer paso consiste en fundir los cristales de silicio puros para cambiarlo de estado sólido a liquido y romper los enlaces covalentes posteriormente se agregan átomos con 5 electrones de valencia, estos átomos donaran un electrón extra al cristal de silicio lo cual los convierte en impurezas donadoras.

II.7.- Unión de iones positivos y negativos.

III.8.- Símbolo y curva característica del diodo.

Los diodos que aquí se manejan son conocidos como rectificadores cuya curva característica de funcionamiento es la siguiente:

Ip (mA) 0.7 volts para que conduzca voltaje de ruptura Vd (volts)

Y cuyo símbolo representativo es + Vd -

El cual nos muestra la manera de dolarización.

III.9.- Características eléctricas del diodo rectificador. Los diodos tienen dos formas de ser conectados una de ellas es la conexión de polarización en directa y la otra es la de polarización en inversa las cuales se realizan colocando las terminales del diodo de la forma indicada para que este trabaje como un switch cerrado o abierto.

III.10.- Zona directa e inversa de conducción del diodo. Estas zonas dependen

del tipo de polarización que le sea aplicada al diodo ya sea polarización directa o inversa lo cual nos proporcionara dos características una que es la de conducción (como si fuera un simple switch cerrado) y la otra que es la de ininterrupción (como si fuera un switch abierto) y estas zonas están delimitadas por unos valores de voltaje que al serles aplicados al diodo este permitirá el paso de la corriente o no, pero con la característica de que para conducir requiere que rebase un cierto nivel de voltaje mínimo requerido para que se active la condición de conducción.

III.11.- Características del diodo ideal. Al aplicársele cierto valor de voltaje en la

polarización de directa a los diodos se espera que inmediatamente conduzcan (permitan el paso de) corriente y que aun con un valor pequeñísimo de voltaje se logre que esto suceda. La grafica de estos diodos es la siguiente.

Ip (mA) 0.7 volts para que conduzca voltaje de ruptura Vd (volts)

+ Vd -

IV.12.- Características de los transformadores.- Un transformador es un dispositivo diseñado para realizar alguna de las tres siguientes funciones: a).- Elevar o reducir el voltaje o la corriente, b).- Actuar como un dispositivo acoplador de impedancia, c).- Aislar una parte de una red de otra. De entrada por lo general es un transformador reductor, en los cuales se presenta la característica de que el voltaje disminuye mientras la corriente se va incrementando. Si habláramos de un transformador sin pérdidas (ideal) se puede concluir que esta relación se conserva al comparar la potencia de entrada con la de salida las cuales deben ser iguales; el diagrama eléctrico de un transformador es el siguiente:

Fig. 1.- Diagrama eléctrico de un transformador conectado a una fuente de tensión alterna y una carga que alimentar (RL).

IV.13.- El diodo como rectificador de media onda:

Fig. 2.- Rectificador de media onda. Este es el circuito mas común con el cual se convertir corriente alterna en corriente continua en esto tienen que ver muchas características como el numero de vueltas que tiene el devanado primario y el secundario lo cual se representa con los símbolos N1 y N2, y los símbolos Vp1 y Vp2 lo cual nos indica el voltaje de pico a pico (ya que se esta utilizando corriente alterna). Existe una relación valida entre el número de vueltas y voltaje que se tiene en la salida del transformador dependiendo del voltaje de entrada y del número de vueltas que se tienen a la salida, esta relación es:

Vp2 / Vp1 = N2 / N1 También se aclara la situación que se presenta cuando un transformador

tiene puntos como los que se ven en el diagrama de rectificación de media onda, esto nos dice que la polaridad del transformador de entrada será igual en cualesquier momento a la polaridad del transformador de salida en las terminales correspondientes.

IV.14.-El diodo como rectificador de onda completa.

Este tipo de rectificador se encarga de convertir los ciclos (positivo y negativo) de una fuente de corriente alterna en ciclos positivos solamente lo cual nos permite dar el primer paso de la conversión de voltaje de corriente alterna en voltaje de corriente directa, esto se logra con la ayuda de la colocación estratégica de dos diodos rectificadores a la salida de el bobinado secundario de un transformador con derivación central como se ve en la figura:

Fig. 3.- Rectificador de onda completa con transformador de derivación central.

Debido a que se cuenta con devanado central, este circuito es similar a dos rectificadores de media onda; al momento de pasar un ciclo completo de corriente alterna por este rectificador da como resultado una salida de voltaje como la que se observa a continuación. OOOO VL

t

A este tipo de onda se le llama de onda completa. Lo cual es similar a intercambiar un semiciclo negativo de un ciclo de onda completa alterna por un positivo.

IV.15.-El puente rectificador.- Este dispositivo se compone de 4 diodos rectificadores, 2 más que el rectificador de onda completa lo cual ayuda a eliminar la necesidad de una conexión intermedia en el transformador, haciendo que el voltaje en la carga a alimentar sea el doble del que proporcionaría el rectificador de onda completa, este sistema se realiza de la siguiente manera.

Fig. 4.- Rectificador de onda completa con puente de diodos. IV.16.- Limitadores de ondas.- También conocidos como recortadores, es un

circuito que elimina las partes positivas o negativas de la señal dejando pasar solamente un semiciclo y parte del otro (solo 0.7 volts ) según sea el caso, para empezar si observamos el circuito siguiente veremos que:

Fig. 5.- Circuito recortador de señal.

Fig. 6.- Señal de entrada (Vin) y de salida (Vout) del recortador de señal.

Su funcionamiento consiste en lo siguiente: en el semiciclo positivo de la señal de entrada, el diodo conduce, lo cual provoca que fluya toda la corriente hacia tierra, generando una señal de salida Vout igual a cero en este semiciclo; cuando ocurre el semiciclo negativo, este polariza al diodo de manera inversa, ocasionando que este no conduzca, logrando con ello que todo el voltaje de entrada pase a la salida del circuito Vout, que es la señal de salida que se observa en el osciloscopio virtual.

IV.17.- Cambiadores de nivel.- Este dispositivo no es más que una red que puede fijar una señal a un nivel diferente de voltaje de cd. Los elementos con que debe contar una red de este tipo son un elemento resistivo, un capacitor y un diodo rectificador aunque en algunos casos también se verán con fuentes de voltaje de cd, el circuito siguiente nos muestra como se conectan estos dispositivos.

Fig. 7.- Circuito cambiador de nivel.

Fig. 8.- Señales Vin y Vout del circuito cambiador de nivel.

En un ciclo completo de este circuito notaremos que monta a la señal de AC en un punto que le permite sumar el valor de pico (de un semiciclo) ya sea positivo o negativo dado por la fuente de AC al valor de voltaje que será almacenado por el capacitor permitiendo con ello que el nivel de pico a pico de la señal sea desplazado completamente hacia arriba o hacia abajo del valor de cero, si la dirección del diodo se volteara (apuntara hacia abajo) la salida seria como la mostrada en la segunda figura.

IV.18.- Los circuitos multiplicadores de voltaje se utilizan para mantener el voltaje de pico de un transformador relativamente bajo, ya que elevan el voltaje de salida pico a dos, tres, cuatro o más veces el voltaje pico rectificado.

Fig. 9.- Doblador de voltaje.

IV.19.- Otros diodos (diodo zener, Shottcky, el varicap). Los diodos son dispositivos que no siempre cumplen solamente la función mas común

para la que fueron creados, rectificar señales sino que también existen otros tipos de ellos como los diodos zener los cuales comúnmente se utilizan en su zona de polarización inversa (de ruptura ) funcionan como reguladores de voltaje ajustado al valor para el que ha sido ajustado, los diodos de avalancha como también se les conoce a los diodos zener mantienen un valor constante de voltaje en paralelo al dispositivo sin importar las variaciones de la tensión de red ni los valores de las resistencias de carga, su símbolo, curva característica y un circuito ejemplo se presentan a continuación.

O I OO -Vz V

Símbolos para el diodo

Una característica del diodo zener es que siempre se vera polarizado en forma inversa para que funcione como regulador de tensión en sus terminales sin importar las variaciones de tensión y corriente existentes. El diodo Shottcky. Son diodos que tienen la característica de no contar con una zona de deplexión es decir no existen las cargas almacenadas en la unión, lo cual repercute en que sea un diodo que conmuta (cambia) de su estado de conducción a su estado de no conducción de forma muy eficiente aun para frecuencias muy elevadas (arriba de 10 Mhz) su aplicación mas común es en las computadoras digitales.

V.20.- Fuente de voltaje no regulada.- Estos tipos de reguladores de voltaje cuentan con la característica de que a la salida su voltaje rectificado se encuentra con una cierta cantidad de rizo (variaciones en la señal de pico) debido a que precisamente no han sido regularizados (no se hacen pasar por dispositivos reguladores constantes). Un diagrama que caracterice a estos tipos de fuentes es la siguiente:

Fig. 10.- Fuente de cd no regulada.

Fig. 11.- Señales de entrada y salida en la fuente de cd no regulada

En la cual se nota la diferencia de la señal de entrada a la señal de salida ya que la primera muestra a una señal senoidal mientras que la salida nos muestra una señal que casi llega a ser una señal de voltaje directo, solo con una pequeña variación en las crestas (lo cual nos indica que no ha sido regulada esta señal).

V.21.- Fuente de voltaje regulada

2Vp

Señal de entrada (Vin) Señal de salida (Vout) Fig 12.- Fuente regulada de cd y respectivas señales Vin-Vout.

En el diagrama eléctrico anterior se observa que existe un cambio drástico en la señal de entrada con respecto a la señal de salida, ya que la señal de entrada es de voltaje alterno, mientras que la señal de salida es voltaje directo, si se observa con atención podrá ver que esta señal se presenta con una línea recta lo cual nos dice que primero fue rectificada y después tuvo que ser regulada (se hizo pasar por un dispositivo regulador) para lograrlo. Como se puede ver en el sistema de rectificación se observa un puente rectificador de 4 diodos lo cual también puede ser suplido por un rectificador de onda completa con 2 diodos o con cualesquier otro sistema de rectificación conocido.

VI.22.-Características físicas y eléctricas de los transistores BJT. Un transistor es un dispositivo de tres terminales que se utiliza principalmente para amplificar (su valor) la porción de la señal aplicada que varia con el tiempo. Los transistores se componen de tres capas alternadas de material semiconductor los cuales pueden ser dos capas de material positivo y una capa de material negativo o, viceversa, estas zonas son conocidas como emisor base y colector, las cuales tienen sus características propias y además de estar situadas en posiciones tales que se puede decir que un transistor es la unión de dos diodos contrapuestos (formados por las uniones colector base y base emisor). Los diodos que conforman al transistor tienen varias formas de ser polarizados lo cual les vale para que se les conozca al tipo de conexión como: emisor común, base común y colector común. El símbolo eléctrico de un transistor BJT es el siguiente:

C (colector) B (base) E (emisor) Fig. 13.- Símbolo de un transistor BJT-NPN.

VI.23.-Diferentes formas de polarizar un transistor. Existen tres formas de polarizar a un transistor, cada una de ellas nos muestra características distintas de funcionamiento de los transistores dependiendo del tipo de conexión en la que se encuentre, la primera de las conexiones que se vera es la de emisor común (fuente de corriente).

Fig. 14.- Configuración emisor común para transistores BJT. Polarización directa del diodo base emisor y conexión inversa del diodo base colector. En este tipo de conexión se observa que la corriente de base controla a la corriente de colector y la suma de estas dos corrientes es igual a la corriente de la suma de emisor, como se puede ver en el diagrama eléctrico se encuentran conectadas dos fuentes de voltaje las cuales polarizan a los dos diodos que conforman al transistor, de forma que las terminales negativas se interconectan entre si y se aplican al emisor, mientras que las terminales positivas una se conecta a la base y la otra al colector lo cual nos permite observar las características que distinguen a este tipo de conexión de las demás. Los transistores tienen tres regiones (valores de voltaje y corriente ) de funcionamiento las cuales definen su estado de actividad ya sea de funcionamiento optimo (zona activa), no funcionamiento (zona de saturación) y su degradación o posible destrucción (zona de ruptura) estas zonas o regiones de funcionamiento para los transistores son las que debemos conocer muy bien y por consiguiente dominarlas para poderlas realizar y lograr con ello y adecuado manejo de los circuitos con transistores (todos los dispositivos de electrónica conocidos). La conexión base común (conmutador o fuente de voltaje). Polarización directa del diodo base emisor y polarización inversa del diodo base emisor, en el diagrama se observa como se logra que los electrones emitidos por el emisor son compartidos por el colector y la base y como la base se encuentra poco dopada (es muy pequeña y por consiguiente tiene pocos huecos para atrapar a los electrones libres que le proporciona el emisor) y es por esto que la mayoría de los electrones siguen su camino hasta el colector, el diagrama eléctrico para este tipo de conexión es la siguiente:

Fig. 15.- Configuración base común con transistores BJT.

Esta conexión nos ayuda para comprender el porque los electrones se comparten entre la corriente de base y la corriente de colector y demostrar lo que ya anteriormente habíamos visto, que lo corriente de colector es mucho mayor que la corriente de base (casi 95 veces mayor y a veces mayor aun).

VI.24.-Amplificadores con transistores BJT. Los circuitos amplificadores son

básicamente tres base común ,emisor común y colector común paro la mas usual ha sido la conexión de emisor común, hemos visto anteriormente que estos tipos de conexiones se utilizan para realizar un sistema que nos ayude a amplificar una señal de interés y que a su ves nos permita saber el nivel de incremento realizado, es debido al tipo de conexión que veremos a continuación que aprenderemos a desarrollar un amplificador.

Existen dos objetivos para lo cual se usan los amplificadores y estos son: 1.- Amplificación de corriente 2.- Amplificación de voltaje

Al hablar de que se utilizan los transistores para incrementar el valor de señales de corriente alterna (ca) el de conexión EC funciona de la siguiente manera. La tensión de la fuente de ca se acopla mediante un capacitor (condensador) de entrada a la base del transistor, como el emisor se conecta a tierra para señal, toda la señal alterna de la base aparece en el diodo de emisor. Cuando la corriente alterna de colector circula por la resistencia para señal de colector produce una tensión alterna amplificada que esta desfasada 180° con respecto a la señal de entrada. El condensador de salida acopla la tensión alterna del colector amplificada e invertida a la resistencia de carga. Como un condensador esta en circuito abierto para corriente continua (según las características de los condensadores) y en corto circuito para señal de ca (como un simple cable de resistencia cero) bloquea la tensión continua del colector, pero deja pasar la tensión alterna del colector. Debido a que la señal de ca ha sido pasada por un amplificador la tensión de entrada a un amplificador es la misma que la tensión de alterna en la base. La tensión de salida de un amplificador es la misma que la tensión de ca en la resistencia de carga, y la ganancia de tensión es igual a la tensión de salida dividida entre la tensión de entrada. La explicación anterior se sujeta a la conexión del siguiente circuito:

Fig. 16.- Circuito de polarización con estabilización en emisor.

La señal AM amplificada por el circuito queda de la siguiente manera:

Fig. 17.- Señal de AM amplificada por el circuito de estabilización en emisor.

Realizar el desarrollo matemático, para llegar a las ecuaciones de IB, VCE, VE, VC y VB del circuito de polarización con estabilización en emisor. *Investigar el funcionamiento del siguiente circuito:

VII.25.-Transistores JFET. Las características físicas de los JFET (transistor de efecto de campo de unión) son un poco similares a las de un BJT solo con algunas pequeñas diferencias que a continuación se describirán. Por ejemplo los JFET cuentan con una terminal superior llamada drenador (drain) y una terminal superior llamada fuente (source), también esta compuesto por dos terminales en sus extremos las cuales reciben el nombre de puertas (gate), comúnmente estas terminales se encuentran unidas internamente con lo cual se evita la colocación de dos terminales y se coloca solo una ya que regularmente las dos terminales son conectadas a la misma diferencia de potencial como se muestra en la figura siguiente:

Fig. 18.- Esquema del JFET.

El FET de unión o simplemente JFET en conclusión tiene una fuente, una puerta y un drenador análogo al emisor, base y colector de un transistor bipolar. El JFET tiene dos diodos internos: el diodo puerta fuente y el diodo puerta drenador. Estos diodos conducirán si están polarizados directamente con mas de 0.7 volts.

La forma de polarizar un JFET es muy parecida a la de un BJT solo difiere en la forma de polarizar su diodo puerta fuente el cual se polariza en inversa lo cual provoca que exista una resistencia infinita a la entrada del diodo puerta fuente como se ve la siguiente figura se suprime la terminal de puerta derecha debido a que internamente se conectan entre si:

Fig. 19.- Polarización del JFET.

Como el diodo puerta fuente esta polarizado en inversa este transistor se convierte en un dispositivo controlado por voltaje y no por corriente como es el caso de los BJT, en el instante en que el voltaje de alimentación se aplica al circuito, los electrones libres empiezan a circular desde la fuente hasta el drenador. Estos tienen que pasar a través del estrecho canal situado entre las zonas de deplexion. La tensión de puerta controla el ancho de este canal. Cuanto mas negativo sea el voltaje de puerta, mas estrecho será el canal y menor será la corriente del drenador.

Fig. 20.- JFET sin polarizar la terminal puerta(G), donde se observa el estrechamiento del canal n.

Su símbolo eléctrico es el siguiente:

Fig. 21.- Símbolo eléctrico del JFET.

VII.26.- Transistores JFET. –oxido-metal, o MOSFET, tiene una fuente, puerta y

drenador. Sin embargo, a diferencia del JFET, la puerta esta aislada eléctricamente del canal. Por esta causa, la corriente de puerta es extremadamente pequeña, cuando la puerta es positiva o negativa. El MOSFET frecuentemente se llama IGFET, que quiere decir FET de puerta aislada (en ingles insulated-gate FET). En la figura se muestra un MOSFET de empobrecimiento de canal n, también conocido como MOSFET de deplexión. Se compone de un material n con una zona p a la derecha y una puerta aislada a la izquierda. Los electrones libres pueden circular desde la fuente hacia el drenador a través del material n. La zona p se denomina sustrato ( o cuerpo). Los electrones que circulan desde la fuente hacia el drenador deben pasar a través del estrecho canal entre la puerta y la zona p.

Fig, 22.-Símbolos eléctricos del MOSFET de empobrecimiento.

Como se puede observar la puerta esta aislada eléctricamente del canal. Por ello la resistencia de entrada en continua es aun mayor que la de un JFET. El MOSFET de empobrecimiento esta normalmente conduciendo cuando Vgs es nula. Tiene curva de salida y circuitos equivalentes semejantes al JFET La única diferencia es que puede funcionar con tensiones de puerta tanto positivas como negativas.

El MOSFET de enriquecimiento es el siguiente paso después del

MOSFET de empobrecimiento el cual no cuenta con mucha popularidad y es de uso reducido lo contrario del de enriquecimiento el cual ha tenido una importancia enorme en la electrónica digital y en las computadoras. Sin el no existieran las computadoras personales, que en la actualidad tienen un uso muy extendido.

A continuación se ilustraran los circuitos eléctricos del MOSFET de enriquecimiento y se hará una conexión característica para explicar resumidamente su funcionamiento.

Fig. 23.- Transistor MOSFET de enriquecimiento.

Como se puede ver el sustrato se extiende hasta el dióxido de silicio. Y por consiguiente ya no existe un canal n entre la fuente y el drenador.

Fig. 24.- Polarización de un MOSFET de enriquecimiento.

Según la conexión que se puede ver en la figura cuando la tensión de puerta es nula, la alimentación Vdd trata de hacer circular a los electrones libres desde la fuente hacia el drenador, pero el sustrato p solo tiene unos cuantos electrones libres producidos térmicamente. Aparte de estos portadores minoritarios y de alguna fuga superficial, la corriente entre la fuente y el drenado es nula. Por esta razón el MOSFET esta normalmente en corte cuando la tensión de puerta es cero. Este dato es completamente diferente en los dispositivos de empobrecimiento como el JFET o el MOSFET de empobrecimiento.

Cuando la puerta es suficientemente positiva, atrae electrones libres dentro de la región p. Los electrones libres se recombinan con los huecos cercanos al dióxido de silicio. Cuando la tensión de puerta es lo suficientemente positiva, todos los huecos próximos al diodo de silicio desaparecen y los electrones libres empiezan a circular desde la fuente hacia el drenador. El efecto es idéntico al de crear una capa delgada de material tipo n próxima al diodo de silicio. Esta capa conductora se denomina capa de inversión tipo n. Cuando existe el dispositivo, normalmente en corte, de repente entra en conducción y los electrones libres pueden circular fácilmente desde la fuente hacia el drenador.

VIII.27.-Los transistores VMOS son MOSFET de enriquecimiento modificado

para manejar corrientes y tensiones mucho mas elevadas que los de un MOSFET convencional. Antes de inventarse el transistor VMOS, los MOSFET no podían competir con los índices de potencia de los grandes transistores bipolares. Pero actualmente los VMOS ofrecen un nuevo tipo de MOSFET que es mejor que el transistor bipolar en muchas aplicaciones que requieren una alta potencia de carga.

Un transistor VMOS tiene un coeficiente de temperatura negativo. A medida que se incrementa la temperatura del dispositivo, la corriente de drenador disminuye, lo que reduce la disipación de potencia. Por ello, el transistor VMOS no puede producir escape térmico, lo que constituye una gran ventaja en cualquier amplificador de potencia.

VIII.28.- Transistores CMOS (investigación).

INTEGRACIÓN CONCEPTUAL: (El Titular Académico, conocerá las respuestas), se presentaran para su conocimiento y comprensión las características eléctricas y funcionales de los dispositivos electrónicos más comunes así como sus condiciones de funcionamiento óptimas y críticas con lo cual lograrán el manejo adecuado de dichos dispositivos al momento de su integración a sistemas más complejos.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------- REPORTES CRÍTICOS O SUGERENTES A: Ing. Manuel de Jesús Valdez Acosta, Secretario General. Universidad Autónoma Indígena de México (Correo electrónico ingvaldez@uaim.edu.mx ); MC Ernesto Guerra García, Coordinador General Educativo. (Correo electrónico: eguerra@uaim.edu.mx ) Benito Juárez No. 39, Mochicahui, El Fuerte, Sinaloa, México. C.P. 81890, Tel. 01 (698) 8 92 00 42. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------

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