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Tema 5: Transistores unipolares

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

Tema 5:

Transistores unipolares

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-1 5-1

Tema 5: Transistores unipolares

Objetivos1. Conocer los smbolos de los transistores JFET (canal n y p) y MOSFET (acumulacin y deplexin, canal n y p). 2. Conocer la estructura interna del MOSFET de acumulacin canal n y sus principios de funcionamiento. 3. Comprender las curvas de funcionamiento (transferencia y salida) y las zonas de funcionamiento de los transistores unipolares. 4. Conocer los parmetros de catlogo relativos a DC de estos transistores (VGSOFF, RON, ID-ON, VDS-ON, VDS-MAX, IDMAX, PMAX). 5. Aplicar las ecuaciones bsicas DC de estos 5-2 5-2Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

Tema 5: Transistores unipolares

Objetivos6. Comprender el funcionamiento del amplificador en fuente comn. 7. Analizar circuitos sencillos que exploten las funcionalidades bsicas del transistor unipolar. 8. Aplicar el modelo equivalente en pequea seal simplificado del transistor unipolar en saturacin. 9. Conocer los parmetros de catlogo relativos a AC de estos transistores . 10. Comprender la funcionalidad bsica del transistor unipolar como generador de corriente dependiente de tensin. 11. Aplicar la funcionalidad bsica del transistor unipolar como interruptor controlable por tensin. El alumno tiene a su disposicin, en documentoaparte, una relacin pormenorizada de los objetivos de este tema.Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

5-3 5-3

Tema 5: Transistores unipolares

TemarioFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

1. MOSFET de acumulacin1.1. Canal n, estructura interna y smbolo 1.2. Criterio de signos 1.3. Principio, curvas, zonas y ecuaciones funcionamiento de

1.3.1. Curvas de salida, zonas y ecuaciones de funcionamiento del MOSFET canal n (VGS-OFF, VDS-MAX, IDMAX, PMAX, RON) 1.3.2. Curva de transferencia del MOSFET de acumulacin canal n 1.3.3. Informacin de catlogo

1.4. Canal p1.4.1. Estructura interna y smbolo 1.4.2. Curvas

2. Estudio analtico/grfico de un circuito con NMOSDepartamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

2.1. Localizacin del punto de trabajo

5-4 5-4

Tema 5: Transistores unipolares

TemarioFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

3. Modelo en pequea seal simplificado del MOSFET 4. Aplicaciones 4.1. Amplificador en fuente comn4.1.1. Sin CS 4.1.2. Con CS

4.2.

Conmutacin todo/nadaEncender/apagar LED (o una carga) Comparador (con A.O.) + switch* Inversor CMOS Puente*

4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4.

3. Otros tipos de FET, smbolos y curvas

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

Tiempo de imparticin del tema:

5-5 5-5

Tema 5: Transistores unipolares

BibliografaFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

Electrnica de Allan R. Hambley. Prentice-Hall. 2 Edicin, 2001. Cap. 5.

Ed.

Para los puntos 4.2.1 a 4.2.4, ambos inclusive, no se da bibliografa.

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-6 5-6

Tema 5: Transistores unipolares

Estructura del MOSFET de Acumulacin Canal NMetal, conductor S G W D xido de Si, aislante e

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ L

n+ p

Substrato Semiconductor B: Body, suBstrato S: Source, Surtidor, fuente D: Drain, Drenador G: Gate, puerta5-7 5-7

MOS

B

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

Tema 5: Transistores unipolares

Smbolo del MOSFET de Acumulacin Canal ND D B G

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

G

S

S

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-8 5-8

Tema 5: Transistores unipolares

Criterio de Signos para el Canal NFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

iD vDS vGS iS

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-9 5-9

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS =0ViD iD vDS D G vGS1 = 0 S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

vGS

n+ B vDS

p

iD1 = 0Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-10 5-10

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > 0 V (I)iD D G vGS2 > 0 S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B vDS

p

iD2 = 0Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-11 5-11

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > 0 V (y II)iD D G vGS3 > v GS2 S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B vDS

p

iD3 = 0Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-12 5-12

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS = VtoiD D G vGS4 = Vto S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B vDS

p

iD4 = 0Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-13 5-13

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > Vto (I)iD D G vGS5 > Vto S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B vDS

p

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-14 5-14

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > Vto (II)iD D G vGS5 > Vto S

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ RON n+ B vDS

p

iD5 > 0Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-15 5-15

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > Vto (III)iD D G vGS6 > vGS5 S n+

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B vDS

p

Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-16 5-16

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: vGS > Vto (y IV)iD D G vGS6 > vGS5 S

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ RON(vGS) n+ B vDS

p

iD6 > iD5Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

RON6 < RON55-17 5-17

Tema 5: Transistores unipolares

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

75

iD (mA)

Principios de Funcionamiento: hmica, CurvasvGS = 8 V vGS = 10 V vGS = 6 V

2N7000

50

vGS = 4 V

25

Vto ~2 V0 100 200 300 400

vGS = 2 V vGS = 0 V

RON(vGS = 2 V) ~ 47 RON(vGS = 8 V) ~ 3.9 RON(vGS = 4 V) ~ 7.2 RON(vGS = 6 V) ~ 4.7 Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

500 vDS (mV)

RON(vGS = 10 V) ~ 3.5 5-18 5-18

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: Efecto de vDSiD D G

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B n+ vDS > vDS

vGS5 > Vto

S

p

iD5 > iD5Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

RON5 > RON55-19 5-19

Tema 5: Transistores unipolares

Principios de Funcionamiento: SaturaciniD D G

Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

n+ B n+ vDS > vDS

vGS5 > Vto

S

p

iD5 < iD5 = iDS(vGS)Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-20 5-20

Tema 5: Transistores unipolares

Curvas de SalidaFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

200

ID (mA)

VDS = VGS - Vto

2N7000

150

Zona hmicaVGS = 4 V

Zona de SaturacinVGS = 3.5 V

100

50

VGS = 3 V VGS = 2 V

0

1

2

3

4

5

6

7 VDS (V)

Zona de CorteDepartamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-21 5-21

Tema 5: Transistores unipolares

Ecuaciones de FuncionamientoFundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

Zona de Corte:

ID = 0 Zona de Saturacin:

ID = K (VGS - Vto)2 Zona hmica:

ID = K [2 (VGS - Vto) VDS - VDS2]funcin difcil de manejar. Afortunadamente, si

VDS 0

resulta muy cmoda la relacin:

RON VDS / ID | 1 / [2 K (VGS - Vto)] |Departamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-22 5-22

Tema 5: Transistores unipolares

Curvas de Salida (I)Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

ID (mA) 300

2N7000

200

100

0

10

20

30

40

50

VDS (V)

Al superar un determinado valor de ID , IDMX , el transistor se destruyeDepartamento de Sistemas Electrnicos y de Control Universidad Politcnica de Madrid

5-23 5-23

Tema 5: Transistores unipolares

Curvas de Salida ( II)Fundamentos de Electrnica. Curso 2009-2010

ID (mA) 300

2N7000

200

100

0

10

20