Marco Bjt y Fet (Elect Pot)
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INSTITUTO DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLÓGICO “HUAYCÁN” LEY 25368-91 R.D. 530-98-ED ELECTRÓNICA DE POTENCIA MARCO TEORICO TRANSISTORES DE POTENCIA (BJT - FET ) ALUMNO: …………………………………………………………………………………….……………………….... FECHA :………….… …………………CICLO:…………………………….TURNO: ……………...…………… TRANSISTORES DE POTENCIA. La evolución de este tipo de dispositivos, nacidos para eliminar el clásico relé de conmutación de cargas, ha llevado un lento pero continuo proceso (y progreso) pasando, entre otros, por los Transistores Bipolares (BJT), los MOSFET y luego los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). En la actualidad encontramos IGBT en variadores de frecuencia, en convertidores de potencia y en grandes máquinas eléctricas. Sin embargo, no siempre es necesaria su inclusión cuando el uso de transistores BJT y MOSFET pueden resolver nuestra necesidad. LIc. ANIBAL AGUILAR RAMOS
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INSTITUTO DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLÓGICO “HUAYCÁN”
LEY 25368-91 R.D. 530-98-ED
ELECTRÓNICA DE POTENCIAMARCO TEORICO
TRANSISTORES DE POTENCIA (BJT - FET )
ALUMNO: …………………………………………………………………………………….………………………....
FECHA :………….… …………………CICLO:…………………………….TURNO: ……………...……………
TRANSISTORES DE POTENCIA.
La evolución de este tipo de dispositivos, nacidos para eliminar el clásico relé de conmutación de cargas, ha llevado un lento pero continuo proceso (y progreso) pasando, entre otros, por los Transistores Bipolares (BJT), los MOSFET y luego los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
En la actualidad encontramos IGBT en variadores de frecuencia, en convertidores de potencia y en grandes máquinas eléctricas. Sin embargo, no siempre es necesaria su inclusión cuando el uso de transistores BJT y MOSFET pueden resolver nuestra necesidad.
LIc. ANIBAL AGUILAR RAMOS
Canal P
Canal N
JFETMOSFET
Enriq.MOSFET Enriq. (sin sustrato) MOSFET Empob.
1) TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA (BJT)
BJT: Bipolar Junction Transistor. Es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales.
Los transistores bipolares pueden ser PNP o NPN
Tiene tres terminales: colector C, emisor E y base B.
Una señal aplicada al terminal de control (IB) hace que el transistor sea conductor en un grado más o menos importante, amplificándose el valor de dicha señal de control, a la salida entre el emisor y el colector (IC).
La flecha del emisor indica la dirección de la circulación de la corriente cuando la unión emisor-base se encuentra polarizada en sentido directo (transistor en estado de conducción).
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Un transistor de potencia se caracteriza en estado de bloqueo por la tensión en sus bornes colector-emisor VCE y su corriente de fugas IF.
En estado de conducción, se caracteriza por la corriente que lo atraviesa IC y por la caída de tensión que esta provoca VCEsat.
En general, la tensión de saturación VCEsat, es inferior o igual a 1,5 V.
Una ventaja de los transistores frente a los tiristores consiste en que se activan y se desactivan más fácil y más rápidamente; sin embargo, requieren un control más preciso de la señal de control aplicada a la base
La capacidad de corriente emisor-colector, en configuración Darlington con módulos asociados, puede superar los 1.000 A y la velocidad de conmutación es de unos 5 microsegundos.
El transistor bipolar (BJT), para funcionar como interruptor de conmutación, requiere de una alta corriente de base para entrar en estado de conducción o saturación y además, es relativamente lento en sus características de apagado o corte, es decir, en la transición de la saturación al corte (actualmente conocida como “cola de corriente”).
Como desventajas adicionales, podemos mencionar en primer lugar que el BJT posee una considerable dispersión térmica debido a su coeficiente de temperatura negativo.
La segunda desventaja importante es la incidencia que puede alcanzar en un circuito mientras se encuentra en estado de conducción. Este efecto (problemático) se rige por la tensión de saturación
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entre Colector y Emisor (VCE), que en muchas aplicaciones suele alcanzar valores de varios voltios, aún en condiciones de saturación total.
2) EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO METAL-ÓXIDO- SEMICONDUCTOR (MOSFET)
MOSFET: Metal-oxide-semiconductor Field-effect transistor.
Es un transistor de conmutación muy rápida que nació con un futuro prometedor en aplicaciones de alta frecuencia (hasta 1 MHz) y baja potencia (hasta unos pocos kW).
El MOSFET se controla por tensión de manera que si se aplica a la puerta una tensión positiva (es decir VGS positiva) mayor que un valor umbral, el transistor conduce permitiendo el flujo de intensidad entre el drenador y la fuente.
La puerta está aislada por una capa de oxido de silicio (SO2), y entonces la impedancia de entrada del circuito de puerta es extremadamente elevada en estado estacionario. La puerta precisará de un pulso de corriente durante el paso de conducción a bloqueo.
En estado de conducción, su resistencia no tiene límite teórico, por lo tanto, su incidencia es notablemente inferior dentro de un circuito eléctrico cuando se encuentra en estado de “saturación” gracias a que presenta una resistencia final (RDS-on) de unos pocos miliOhms.
El MOSFET suele tener también incorporado en su encapsulado un diodo, que es particularmente útil en el tratamiento de sistemas conmutados de corriente, impidiendo la retroalimentación destructiva que se origina en este tipo de aplicaciones. A este diodo se lo conoce como Damper.
Un punto débil de esta tecnología es la potencia máxima de trabajo. Si bien existen dispositivos que pueden trabajar con altas tensiones (VDS > 400 Volts) existía una necesidad de disponer de semiconductores
adecuados para aplicaciones industriales de alta corriente (IDS >100 Amperes). Fue así que, a lo largo de la década del 80, comenzaron a aparecer en escena los IGBT.
3) EL TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT)
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
El IGBT es un cruce, un híbrido, entre los transistores MOSFET y los BJT o bipolares que aprovecha las bondades de ambas tecnologías.
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El IGBT tiene la salida de conmutación y de conducción con las características de los transistores bipolares, pero es controlado por tensión como un MOSFET. En general, esto significa que tiene las ventajas de la alta capacidad de manejo de corriente propias de un transistor bipolar, con la facilidad del control de conducción por tensión que ofrece un MOSFET.
Sin embargo, los IGBT no son dispositivos ideales y entre algunas de sus desventajas encontramos que tienen una relativamente baja velocidad de respuesta (20Khz) y no siempre traen el diodo de protección (Damper) que incluyen los MOSFET.
Otro de los posibles problemas con algunos tipos de IGBT es el coeficiente de temperatura negativo que poseen, que podría conducir al dispositivo a una deriva térmica muy difícil de controlar.
Por supuesto, estas desventajas quedan eclipsadas cuando debemos reconocer la capacidadde un IGBT de poder trabajar con varios miles de Voltios y corrientes tan elevadas que permiten hablar de cientos de KiloWatts de potencia controlada.
CONCLUSIÓN
En la batalla entre IGBT’s y MOSFET’s, ya sea un dispositivo como el otro, pueden demostrar que tiene ventajas y desventajas en un mismo circuito dependiendo de las condiciones de funcionamiento y cada uno será el indicado para diferentes diseños. El MOSFET es un producto ya maduro y que ha logrado un desarrollo constructivo muy importante.
Los IGBT son una nueva tecnología que superará a los MOSFET por encima de los 300 Volts y los 100 Amperes, pero estos últimos continúan teniendo un crecimiento muy dinámico en el área de la automoción y la electrónica de consumo, lo que hará que su decadencia no resulte tan pronta ni tan sencilla. Cada cual tendrá su nicho de trabajo y será muy importante, para el diseñador, aprender a
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identificar estos espacios para alcanzar un desarrollo industrial eficiente, ajustado a las necesidades operativas del trabajo a realizar.
PRUEBA DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS
NOTA: Observe que el Ohmímetro analógico genera un voltaje interno con una polaridad como se muestra en la figura.
PRUEBA DEL DIODO
1) PRUEBA DEL DIODO CON MULTÍMETRO ANALÓGICO
Utilice el Ohmímetro en el rango Rx1 y conectar los entre los extremos del diodo. Se encontrarán dos valores totalmente distintos, según el sentido de las puntas.
2) PRUEBA DEL DIODO CON MULTÍMETRO DIGITAL
Mueva el selector del multímetro en la
posición de medición de diodo . Se encontrarán dos valores totalmente distintos, según el sentido de las puntas.
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PRUEBA DEL TRANSISTOR NPN y PNP
Para fines de identificación de terminales, un transistor equivale a dos diodos en oposición como se muestra.
PRUEBA DEL TRANSISTOR NPN
1) IDENTIFICACIÓN DE LA BASE
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x1 ó R x10. Para el caso NPN, se situará la punta negra del Ohmímetro sobre el terminal de la base y se aplicará la punta roja sobre las patitas correspondientes al emisor y posteriormente al colector. Ir probando entre los tres pines hasta encontrar la condición que se muestra en figura.
2) IDENTIFICACIÓN DEL COLECTOR Y EMISOR
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x10 ó R x100
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Conecte un resistor de 10 kΩ como se muestra en la figura.
SiΩA<ΩBentonces (1 ) :Colecto (2 ):Emisor
SiΩA>ΩBentonces (1 ) :Emisor (2 ) :Colector
3) PRUEBA DE CORRIENTE DE FUGA DEL TRANSISTOR BJT
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x1k ó R x10k
El valor esperado es de alta resistencia ( infinito), prácticamente la aguja del Ohmímetro se mantendrá inmóvil.
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PRUEBA DEL TRANSISTOR PNP
1) IDENTIFICACIÓN DE LA BASE
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x1 ó R x10.
Ir probando entre los tres pines hasta encontrar la condición que se muestra en figura.
2) IDENTIFICACIÓN DEL COLECTOR Y EMISOR
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x10 ó R x100.
Conecte un resistor de 10 kΩ como se muestra en la figura.
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SiΩA<ΩBentonces (1 ) :Colecto (2 ):Emisor
SiΩA>ΩBentonces (1 ) :Emisor (2 ):Colector
3) PRUEBA DE CORRIENTE DE FUGA DEL TRANSISTOR BJT
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x1k ó R x10k.El valor esperado es de alta resistencia ( infinito), prácticamente la aguja del Ohmímetro se mantendrá inmóvil.
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PRUEBA DEL MOSFET
1) IDENTIFICACIÓN DE LA DRENADOR (D), SURTIDOR (S) y GATE (G)
Se aprovecha la existencia del diodo dispuesto entre Drenador y Surtidor, entonces, es cuestión de encontrar el ánodo y cátodo de aquel diodo.
NOTA1: Evite tocar los pines con cualquier parte de sus manos para evitar dañar o activar el dispositivo.
NOTA2: Antes de cada medición cortocircuite los tres terminales para evitar mediciones inexactas.
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2) PRUEBA DE AISLAMIENTO ENTRE GATE (G) Y SOURCE (S)
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x1k ó R x10k.
El valor esperado es de alta resistencia (infinito), prácticamente la aguja del Ohmímetro se mantendrá inmóvil.
3) PRUEBA DE CONDUCCIÓN ENTRE DRENADOR Y SURTIDOR
Se empleará un Ohmímetro analógico y las medidas se efectuarán colocando el instrumento en el rango R x10 ó R x100.
El valor esperado es de alta resistencia (infinito), prácticamente la aguja del Ohmímetro se mantendrá inmóvil.
NOTA: Conecte un puente entre G y S
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Quite el puente y con mucho cuidado conecte la punta negra del Ohmímetro a G (Gate) por 1 segundo aproximadamente y regrese nuevamente a D (Drenador). Se espera que el MOSFET entre en conducción.
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