Transistores de efecto campo

Objetivos

• Identificar los terminales de un FET.
• Probar el estado de un FET
• Mostrar y medir el efector del voltaje de drenaje con polarización cero en la compuerta y determinar el voltaje de estrangulamiento para producir una corriente de drenaje constante.
• Medir el calor del voltaje de polarización inversa compuerta-fuente requerido para producir estrangulamiento para un valor dado de voltaje de fuente a drenador.
• Implementar un circuito básico de polarización con FET
• Medir los calores DC en un circuito básico con FET.

Introducción

Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n.

Son componentes semiconductores, que se basan en el manejo de tensión y corriente de salida bajo el control del Campo Eléctrico (V / mm), es decir, su entrada no toma corriente, en la práctica esa corriente es extremadamente baja, comparable a la I de fuga en un capacitor debido al dieléctrico.

La conducción en esta tecnología, depende únicamente del flujo de portadores mayoritarios, por eso son unipolares, (un solo tipo de portadores N o P).

En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión llamada puerta (g-gate) en el collar.

Símbolos gráficos para un FET

Canal N	Canal P

La interpretación de la característica de salida

Tiene 3 zonas: VDS(aumenta)

• Zona lineal. Ley de Ohm. Id=VDS canal(cte.)
• Zona alineal o de codo.
• Zona de saturación, esl a utilización como amplificador

Prueba de un transistor FET

Entre la compuerta G y Fuente S se conforma un diodo PN para el cual el canal N y un diodo NP para el canal P.

La tensión VGS se debe polarizar en forma inversa y en directa siempre y cuando en forma no se sobrepase la tensión de arranque V (= 0,6V, Si). Al sobrepasar 0,6 V el diodo conduce y se destruye, porque está fabricado para baja corriente directa. En síntesis, es una barra de Si, con impurezas controladas, N si el canal es N, e impurezas P para el de canal P, que tiene cierta resistencia

Ventajas del FET

• 1. Son dispositivos sensibles a la tensión con alta impedancia de entrada (107 a 1012 W).Ya que la impedancia de entrada es mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada a un amplificador multietapa.
• 2. Generan un nivel de ruido menor que los BJT.
• 3. Son más estables con la temperatura que el BJT.
• 4. Se comportan como resistores variables controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje a fuente.
• 5. Puede ser utilizado como conmutador y como almacenador de carga (Tao de entrada grande T=R.C).
• 6. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.
• 7. Tamaño mucho más pequeño que los bipolares.

Desventajas del FET

• 1. Exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada.
• 2. Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre.
• 3. Se pueden dañar al manejarlos debido a la electricidad estática.

Preparación

Para el desarrollo de esta experiencia de laboratorio, el alumno deberá revisar ls apuntes de clase el texto base, el manual de componentes electrónicos, asimismo realizar sus diseños previos utilizando el software de diseño electrónico del curso.

Equipos y Materiales

• Osciloscopio
• Generador de Funciones
• Multimetro digital
• Fuente doble de DC
• Protoboard
• Pelacables
• Resistencia de 1M Ohm 1/2 W
• Resistencia de 47 Ohm 1/2 W
• FET de canal N. 2N5433 ó k104 ó NTE 312
• Resistencia de 100 Ohm 16 W

PRIMERA PARTE: RECONOCIMIENTO FÍSICO

- El transitor JFET
Símbolo:
El símbolo de JFET es el mostrado; en él identifique y nombre sus terminales:

Forma Física:

A continuación se muestran las diversas formas físicas que presentan los JFETs; con la ayuda del manual ECG identifique sus terminales y anótelos en cada uno de ellos así como su tipo de encapsulado

A) Tipo de empaquetamiento ... TO-92...

B) Tipo de empaquetamiento ... TO-18 ...

C) Tipo de empaquetamiento ... TO-22...

SEGUNDA PARTE: CIRCUITO DE PRUEBA

Objetivo 1:Mostrar y medir el efecto del voltaje de Drenador en la corriente ID con polarización cero en la compuerta y determinar el valor del voltaje de Drenador – Surtidor (estrangulamiento) requerido para producir una corriente constante de drenador.

• 1. Implemente el circuito mostrado en la figura 1. utilizar un JFET de canal N en el se comprobará su funcionamiento a través del control de la corriente del drenador – surtidor por medio de un voltaje aplicado en terminal de compuerta (Nótese que el valor de R1 implica una corriente muy pequeña a través del resistor).


• 2. Aumente el voltaje de la fuente VDD del Drenador hasta que la caída de voltaje Vds indicada en el voltímetro sea 0.5 Vdc.


• 3. Mida la corriente Id del drenador y anote el resultado en la tabla 1
• 4. Siga aumentando VDD y registre el valor de Id para cada valor de VDS en la tabla 1

VDS(V)	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5
IDS(mA)	0.001	0.202	0.375	0.532	0.662	0.771	0.849	0.907

VDS(V)	4.0	4.5	5.0	6.0	8.0	10.0	15.0	20.0
IDS(mA)	0.942	0.965	0.980	0.998	1.011	1.010	1.004	0.983

• 5. Al aumentar el voltaje en el FET (Vds) aumenta también la corriente (Ids).



Se aprecia una subida de corriente a medida que sube el voltaje hasta llegar al valor de 8 V en donde la corriente se mantiene por un diferencial de 7 V y vuelve a tener una leve caída a partir de 10 V.




• 8. La región donde el valor es menor que Vp se llama zona de corte.
• 9. La corriente se mantiene constante en la zona de saturación.
• 10. La corriente aumenta linealmente.




Objetivo 2: Medir el valor del voltaje de polarización inversa Compuerta - Surtidor (Fuente) requerido para producir estrangulamiento para un valor dado de voltaje de fuente a Drenador.



Ajuste el volataje de la funte de Drenador a 12 VDC.

Lentamente aumente el voltaje VGS de polarización de Compuerta - Fuente hasta que la corriente ID de drenador llegue a cero y repita el proceso hasta asegurarse de cual es el punto exacto donde Id cae a cero (3.43 V), observe en el voltpimetro XMM2 el valor de Vgs el cual representa el valor de Vp de estrangulamiento de compuerta - fuente, anote el valor.

Vp = 3.98 Vdc

Objetivo 3: Mostrar y medir el efecto de la corriente de Drenador para cambios tanto en la polarización inversa de compuerta - fuenta como de voltaje de Drenador - fuente y registrar una "familia de curvas"

• 1. Implemente el circuito de la figuta.


• 2. Para v2= 0 V, v1 = 10V




• Para V2= 5V, v1 = 5V





• Para v2= 10V, v1= 0V





• 3. Un pequeño voltaje de compuerta controla una gran corriente de drenador.
• 4. No es el mismo valor para cada configuración
• 5. Si funciona como amplificador
• 6. Implementar el siguiente circuito




Resistencia de Carga RL (Ohmios)	IL(mA)	VDS(V)	VRL(voltios)	PJFET(watts)
270	9.893	17.48	2.671	0.026
470	9.766	15.53	4.59	0.045
1K	10.10	10.01	10.10	0.102
1K5	9.953	5.284	14.93	0.149
2K2	8.191	2.096	18.02	0.148
4K7	4.123	0.734	19.38	0.079
6K8	2.885	0.488	19.62	0.057

• 8. A medida que la resistencia (RL) aumenta la corriente tiende a disminuir en proporción.
• 9. Zona de saturación
• 10. Disminuye hasta volverse sin importancia
• 11. Por la alta impedancia al sumarle una alta carga reduce la corriente por la Ley de Kirchhoff
• 12. Al aumentar la RL la potencia entregada disminuye, porque el voltaje se mantiene oscilando en un valor (19V) mientras que la corriente disminuye considerablemente.

Observaciones

• • Tener consideración en tocar la jfet pues es sensible a la energía estática.
• • Tener en cuenta en que zona se piensa trabajar, puesto es sensible a pequeños cambios de corriente.
• • Tomar consideraciones al medir valores en la zona ohmnica.

Conclusiones

• • Los transistores JFET son usados para implementar osciladores y amplificadores debido a sus características
• • Los transistores JFET tienen 3 zonas.
• • Los voltajes pico y la corriente dss son datos dados por el fabricante.

Aplicación de lo aprendido

• 1. ¿Cuál de los siguientes transistores se puede clasificar como dispositivo unipolar?
• a) Un transistor de unión NPN
• b) Un transistor de unión PNP
• (respuesta)c) Un transistor de efecto de campo de unión
• d) Todos los anteriores.
• 2. ¿De cual de los siguientes transistores se puede esperar que tenga elevada impedancia de entrada a bajas frecuencias?
• a) Un transistor bipolar NPN
• b) Un transistor bipolar PNP
• (respuesta)c) Un transistor de efecto de campo
• d) Ninguno de los anteriores.
• 3. Un JFET en conducción presenta una caída de voltaje a lo largo de su canal que hace que se forme una región de agotamiento, este efecto produce.
• a) Una característica de corriente constante de drenador
• b) Ruptura de compuerta
• c) Corriente de drenador no controlada
• (respuesta)d) Excesiva corriente de compuerta
• 4. Los JFET presentan una alta impedancia de entrada debido a que:
• a) Los terminales de compuerta – fuente están polarizados directamente.
• b) Los terminales de compuerta – fuente están polarizados inversamente.
• c) El canal esta polarizado directamente.
• (respuesta)d) El canal esta polarizado inversamente.
• 5. Si se aplica el voltaje Vp de estrangulamiento a la unión de compuerta – fuente , se puede esperar que la corriente de drenaje sea:
• a) Excesiva.
• b) Moderada.
• c) Baja.
• (respuesta)d) Cero.
• 6. ¿Cuál de los siguientes enunciados no puede usarse para describir los JFETS?
• a) Normalmente son dispositivos encendidos.
• (respuesta)b) Sólo hay una polaridad de portadores mayoritarios de corriente en movimiento.
• c) El voltaje de compuerta controla la corriente de drenador.
• d) Tienen baja impedancia de entrada.
• 7. Las fuentes de corriente constante se caracterizan por:
• a) Impedancia muy baja.
• b) Impedancia moderada.
• (respuesta)c) Impedancia muy alta
• d) Ninguna de las anteriores.
• 8. Los JFETs presentan una característica de corriente constante igual a Idss condicionado a que:
• a) Vds sea mayor que Vp.
• b) Vgs sea igual a cero.
• c) Tanto a) como b)
• (respuesta)d) Ni a) ni b)
• 9. Como una fuente de corriente constante la caída de voltaje a través del JFET debe:
• (respuesta)a) Variar directamente con los cambios en la impedancia de carga
• b) Variar inversamente con los cambios en la impedancia de carga.
• c) Permanecer igual.
• d) Ninguno de los anteriores.
• 10. Para que fluya corriente constante a través de una carga y esta disminuya, el voltaje de carga debe:
• (respuesta)a) Disminuir.
• b) Aumentar.
• c) Mantenerse constante
• d) Ninguno de los anteriores.

Webgrafía:

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/8619/NSC/LM317.html
http://unicrom.com/fet-mosfet-ventajas-desventajas-caracteristicas/
http://mrelbernitutoriales.com/transistor-jfet/conociendo-el-jfet/pruebas-con-el-jfet/
https://www.centralsemi.com/get_document.php?cmp=1&mergetype=pd&mergepath=pd&pdf_id=2n4391-4393.PDF
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/S/T/P/2/STP25NM60N.shtml