Pre-informe de laboratorio
Pre-informe de laboratorio
POLARIZACION MOSFETTransistor MOSFETVamos a estudiar un
transistor cuyo funcionamiento no se basa en uniones PN, como el
transistor bipolar, ya que en ste, el movimiento de carga se
produce exclusivamente por la existencia de campos elctricos en el
interior del dispositivo. Este tipo de transistores se conocen
como, efecto de campo JFET (del ingls,Juntion Field Effect
Transistor).El transistor MOSFET, como veremos, est basado en la
estructura MOS. En los MOSFET deenriquecimiento, una diferencia de
tensin entre el electrodo de la Puerta y el substrato induce un
canal conductor entre los contactos de Drenador y Surtidor, gracias
al efecto de campo. El trminoenriquecimientohace referencia al
incremento de la conductividad elctrica debido a un aumento de la
cantidad de portadores de carga en la regin correspondiente al
canal, que tambin es conocida como lazona de inversin.Estructura
MOSLa estructura MOS est compuesta de dos terminales y tres capas:
Un Substrato de silicio, puro o poco dopadopon, sobre el cual se
genera una capa deOxido de Silicio(SiO2) que, posee caractersticas
dielctricas o aislantes, lo que presenta una alta impedancia de
entrada. Por ltimo, sobre esta capa, se coloca una capa
deMetal(Aluminio o polisilicio), que posee caractersticas
conductoras. En la parte inferior se coloca un contacto hmico, en
contacto con la capsula, como se ve en la figura.
La estructura MOS, acta como un condensador de placas paralelas
en el que G y B son las placas y el xido, el aislante. De este
modo, cuando VGB=0, la carga acumulada es cero y la distribucin de
portadores es aleatoria y se corresponde al estado de equilibrio en
el semiconductor.Cuando VGB>0, aparece un campo elctrico entre
los terminales de Puerta y substrato. La regin semiconductorap
responde creando una regin de empobrecimiento de cargas
libresp+(zona de deplexin), al igual que ocurriera en la reginPde
una uninPNcuando estaba polarizada negativamente. Esta regin de
iones negativos, se incrementa con VGB.Al llegar a la regin de VGB,
los iones presentes en la zona semiconductora de empobrecimiento,
no pueden compensar el campo elctrico y se provoca la acumulacin de
cargas negativas libres (e-) atrados por el terminal positivo. Se
dice entonces que la estructura ha pasado de estar eninversin
dbilainversin fuerte.El proceso de inversin se identifica con el
cambio de polaridad del substrato, debajo de la regin de Puerta. En
inversin fuerte, se forma as unCANALdee-libres, en las proximidades
del terminal de Puerta (Gate) y de huecosp+en el extremo de la
Puerta.La intensidad de Puerta IG, es cero puesto que, en continua
se comporta como un condensador (GB). Por lo tanto, podemos decir
que,la impedancia desde la Puerta al substrato es prcticamente
infinitae IG=0 siempre en esttica. Bsicamente, la estructura MOS
permite crear una densidad de portadores libres suficiente para
sustentar una corriente elctrica.Regiones de operacin Cuando ya
existe canal inducido y VDSva aumentando, el canal se contrae en el
lado del Drenador, ya que la diferencia de potencial Puerta-canal
es en ese punto, ms baja y la zona de transicin ms ancha. Es decir,
siempre que exista canal estaremos enregin hmicay el dispositivo
presentar baja resistencia.
La operacin de un transistor MOSFET se puede dividir en tres
regiones de operacin diferentes, dependiendo de las tensiones en
sus terminales. Para un transistor MOSFET N de enriquecimiento se
tienen las siguientes regiones:regin de corte,regin hmicayregin de
saturacin.Regin de corteEl transistor estar en esta regin,
cuandoVGS< Vt. En estas condiciones el transistor MOSFET,
equivale elctricamente a un circuito abierto, entre los terminales
del Drenador-Surtidor. De acuerdo con el modelo bsico del
transistor, en esta regin, el dispositivo se encuentra apagado. No
hay conduccin entre Drenador y Surtidor, de modo que el MOSFET se
comporta como un interruptor abierto.
Regin hmicaCuando un MOSFET est polarizado en laregin hmica, el
valor de RDS(on)viene dado por:
En casi todas las hojas de datos, asocian el valor de RDS(on)a
una corriente de Drenaje (ID) especfica y el voltaje
Puerta-Surtidor.El MOSFET equivale a una resistencia variable
conectada entre el Drenador y Surtidor. El valor de esta
resistencia vara dependiendo del valor que tenga la tensin entre la
Puerta y el Surtidor (VGS).
Regin de saturacinEl transistor MOSFET entra en esta zona de
funcionamiento cuando la tensin entre el Drenador y el Surtidor
(VDS) supera un valor fijo denominado tensin de saturacin (Vds
sat)Drenador-Surtidor; este valor viene determinado en las hojas
caractersticas proporcionadas por el fabricante. En esta zona, el
MOSFET mantiene constante su corriente de Drenador (ID),
independientemente del valor de tensin que haya entre el Drenador y
el Surtidor (VDS). Por lo tanto, el transistor equivale a un
generador de corriente continua de valor ID.Cuando la tensin entre
Drenador y Fuente supera cierto lmite, el canal de conduccin, bajo
la Puerta sufre un estrangulamiento en las cercanas del Drenador y
desaparece. La corriente entre Fuente y Drenador no se interrumpe,
es debido al campo elctrico entre ambos, pero se hace independiente
de la diferencia de potencial entre ambos terminales.
En la figura anterior, la parte casi vertical corresponde a la
zona hmica, y la parte casi horizontal corresponde a la zona
activa. El MOSFET de enriquecimiento, puede funcionar en cualquiera
de ellas. En otras palabras, puede actuar como una resistencia o
como una fuente de corriente. El uso principal est en la zona
hmica.Polarizacin del MOSFETLos circuitos de polarizacin tpicos
para MOSFET enriquecido, son similares al circuito de polarizacin
utilizada para JFET. La principal diferencia entre ambos es el
hecho de que el MOSFET de enriquecimiento tpico slo permite puntos
de funcionamiento con valor positivo de VGSpara canal n y valor
negativo de VGSpara el canal p. Para tener un valor positivo de
VGSde canal n y el valor negativo de VGSde canal p, es adecuado un
circuito de auto polarizacin. Por lo tanto hablamos de recorte de
realimentacin y circuito divisor de tensin para mejorar el tipo
MOSFET.El transistor que usaremos ser el IRF540NDatasheet:
El circuito que se armar ser similar al de los transistores
anteriores
FIEE - UNMSMPgina 5
