UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADESCUELA DE CIENCIAS BSICAS TECNOLOGA E INGENIERAINGENIERA DE TELECOMUNICACIONES

FSICA DE SEMICONDUCTORESGRUPO: 5

ACTIVIDAD 10: TRABAJO COLABORATIVO 2

Autores:FERNANDO RIVERA Cdigo: 7726694ERNESTO JOS CRCAMO Cdigo: 9146752SAMUEL ALFONSO QUINTERO Cdigo:

Tutor:ANDRES FELIPE TARAZONA

MAYO 17 DE 2012BOGOT D.C.

INTRODUCCION

Un transistor (contraccin de los trminos transferencia y resistor) es un componente electrnico semi-conductor que posee tres electrodos capaces de modificar la corriente que pasa a travs suyo, utilizando uno de estos electrodos (denominado electrodo de control). stos reciben el nombre de "componentes activos", en contraste a los "componentes pasivos", tales como la resistencia o los capacitores, que slo cuentan con dos electrodos (a los que se denomina "bipolares"). Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos.En este trabajo se muestra una investigacin acerca del funcionamiento detallado de transistores y diodos. Expondremos con grficas, textos explicativos y sustentacin del proceso con lo aprendido en la unidad 1 del tema Regiones de operacin y fsica de transistores JFET.

FASE 2. PRODUCCIN INTELECTUAL

REGIONES DE OPERACIN Y FISICA DE TRANSISTORES JFET

El JFET es un dispositivo unipolar, ya que en su funcionamiento slo intervienen los portadores mayoritarios. Existen 2 tipos de JFET: de "canal N" y "de canal P". En ambos tipos de JFET, la corriente ID de salida se controla por medio de un voltaje entre la compuerta y el surtidor.

Figura 1 : Smbolos de los transistores JFET, canal N y canal P.

Figura 2: Esquema de un JFET.Al comparar el JFET con el TBJ se aprecia que el drenaje (D) es anlogo al colector, en tanto que el surtidor (S) es anlogo al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G), es anlogo a la base. Principio de operacin del JFET (de canal N).Al igual que lo que sucede con el TBJ, el FET tiene tres regiones de operacin. Estas regiones son: Zona Lineal. Zona de Saturacin. Zona de Corte.Es preciso hacer notar que en este caso, la saturacin alude a un fenmeno completamente distinto al de los transistores TBJ.

Zona Lineal.Si en la estructura de la Figura 1 se aplica una tensin VDS mayor que cero, aparecer una corriente circulando en el sentido del drenaje al surtidor, corriente que llamaremos ID. El valor de dicha corriente estar limitado por la resistencia del canal N de conduccin. En este caso pueden distinguirse dos situaciones, segn sea VDS grande o pequea en comparacin con VDS.Valores pequeos de voltaje VDS.La figura 3 muestra la situacin cuando se polariza la unin GS una tensin negativa, mientras que se aplica una tensin menor entre D y S.

Figura 3: Esquema del transistor de canal N con VGS menor que cero.Por la terminal de puerta (G) no circula ms que la corriente de fuga del diodo GS, que en una primera aproximacin podemos considerar despreciable. La corriente ID presenta una doble dependencia:La corriente ID es directamente proporcional al valor de VDS.

La anchura del canal es proporcional a la diferencia entre VGS y VP. Como ID est limitada por la resistencia del canal, cuanto mayor sea VGS - VP, mayor ser la anchura del canal y mayor la corriente obtenida.

Los dos puntos anteriores se recogen en la siguiente expresin:ID = ( VGS - VP )VDS Por lo tanto en la regin lineal obtenemos una corriente directamente proporcional a VGS y VDS.Valores altos de VDS.Para Valores altos de VDS comparables y superiores a VGS, la situacin cambia con respecto al caso anterior. La resistencia del canal se convierte en no lineal, y el JFet pierde su comportamiento hmico. Veamos por que sucede esto.Cuando se aplica un voltaje VDS al canal de 5 volts por ejemplo, ste se distribuye a lo largo del canal, es decir, en las proximidades del terminal D, la tensin ser de 5 volts, pero a medio camino circulante la corriente habr reducido su potencial a la mitad (2,5 V), y en el terminal S el voltaje ser nulo. Por otra parte, si VGS es negativo (-2 V, por ejemplo), la tensin se distribuir uniformemente a lo largo de la zona al no existir ninguna corriente (Figura 5). NOTA: se desprecia la cada de tensin en las zonas situadas por debajo de los contactos.

Figura 4: Esquema del transistor de canal N con VGS = -2V y VDS = 5V.En las proximidades del terminal S la tensin inversa aplicada es de 2 V, que corresponde con la VGS = -2 V. Sin embargo, conforme nos acercamos a D esta tensin aumenta: en la mitad del canal es de 4.5 V y en D alcanza 7 V. La polarizacin inversa aplicada al canal no es constante por lo que la anchura de la zona de depleccin tampoco lo ser (Figura 6). Cuando VDS es pequea, esta diferencia de anchuras no afecta a la conduccin en el canal, pero cuando aumenta, la variacin en la seccin de conduccin hace que la corriente de drenaje sea una funcin no lineal de VDS y que disminuya con respecto a la obtenida sin tener en cuenta este efecto.

Figura 5: Esquema del transistor de canal N en la regin de conduccin no lineal. Zona de Saturacin.Si VDS se incrementa ms, se llegar a un punto en donde el espesor del canal en el extremo del drenaje se acerque a cero. A partir de ese momento, la corriente se mantiene independiente de VDS, puesto que los incrementos de tensin provocan un mayor estrechamiento del canal con lo que la resistencia global aumenta (Figura 7).

Figura 6: Esquema del transistor de canal N en la regin de corriente constante.La regin de saturacin se da cuando se estrangula el canal en el drenaje, lo que sucede cuando la tensin puerta-drenaje (VGD) es ms negativa que VP.VGD < VP => VGS - VDS < VP => VDS > VGS - VPAntes de seguir, comparemos las figuras 2 y 6. En el caso del bloqueo, todo el canal resulta afectado por la zona de depleccin, que es constante por que la tensin VGS se aplica uniformemente a lo largo de toda la unin. En cambio, en la regin de corriente constante solo parte del canal ha llegado al bloqueo (provocado por VDS que vara a lo largo del mismo), y es lo que permite la circulacin de corriente.Zona de corte.Fijemos nuestra atencin en la figura 7. La zona de tipo P, conectada a la puerta forma un diodo con el canal, que es de tipo N. Como se recordar, cuando se forma una unin PN aparecen en los bordes de la misma zona de deplexin en la que no hay portadores de carga libres. La anchura de dicha zona depende de la polarizacin aplicada. Si esta es inversa, la zona se hace ms ancha, proporcionalmente a la tensin aplicada. Aplicando una tensin VGS negativa aumentamos la anchura de la zona de deplexin, con lo que disminuye la anchura del canal N de conduccin.

Figura 7: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con tensin de bloqueo.Si el valor de VGS se hace lo suficientemente negativo, la regin de agotamiento se extender completamente a travs del canal, con lo que la resistencia del mismo se har infinita y se impedir el paso de ID. El potencial al que se sucede este fenmeno se llama potencial de bloqueo (Pinch Voltage, VP). Por lo tanto, para valores ms negativos de VP, el transistor se encuentra polarizado en la zona de corte, y la corriente de drenaje resulta ser nula.Ecuaciones del FET.El desempeo del Transistor de Efecto de Campo (FET) fue propuesto por W. Shockley, en 1952. De ah el nombre que rige la ecuacin de este tipo de transistores; la llamada "ECUACIN DE SHOCKLEY".Esta expresin dice lo siguiente:

Donde:ID = Corriente de Drenaje IDSS = Corriente de Drenaje de SaturacinVGS = Voltaje Puerta-FuenteVP = Voltaje de ruptura o Pinch Voltage.Curvas caractersticas del Transistor de Efecto de Campo.Son solo dos las curvas que se manejan habitualmente para caracterizar los transistores JFET. En primer lugar, en la representacin ID v/s VGS para un VDS dado, se aprecia claramente el paso de la regin de corte a la regin de saturacin. En la prctica slo se opera en el segundo cuadrante de la grfica, puesto que en el primero, VGS positiva hace crecer rpidamente a IG.

Figura 8: Caractersticas del JFET; Caracterstica de Transferencia y Caractersticas ID v/s VGS. En la caracterstica VDS v/s ID del JFET canal N, se observa la diferencia entre las regiones lineal y de saturacin. En la regin lineal, para un determinado valor de VGS, la corriente crece proporcionalmente a la tensin VDS. Sin embargo este crecimiento se atena hasta llegar a ser nulo. Se alcanza el valor de saturacin cuando ID slo depende de VGS.

CIRCUITO EQUIVALENTE FET DE ACEl circuito equivalente de AC para un FET se ilustra en la figura. Aqu se muestra solo el dispositivo FET con un voltaje de entrada de AC, Vgs.

El modelo de AC, o circuito equivalente de AC, nicamente para el dispositivo FET, consiste en una fuente de corriente controlada por voltaje entre los terminales de Drenaje y de Fuente, que depende del valor gm del dispositivo y del voltaje de AC de entrada Vgs, y una resistencia de AC del dispositivo entre los terminales de drenaje a fuente con valor de rd (resistencia de ac de salida).

EL AMPLIFICADOR FUENTE COMUN CS:

Ganancia de VoltajeLa ganancia de voltaje de un amplificador FET puede obtenerse del circuito equivalente de ac. Del circuito equivalente de ac se puede observar que:VO = - (gm.Vgs)(RD||rd)AV = VO/Vi = [- (gm.Vgs)(RD||rd)]/VgsAV = - gm.(RD||rd)Si el valor de la resistencia del dispositivo, rd, es mucho mayor que la resistencia del circuito, RD, la ecuacin para la ganancia de voltaje es casi igual a:AV = - gm.RD

OPERACIN Y CONSTRUCCIN DEL FETAl igual que el BJT, el FET es un dispositivo de tres terminales, pero slo tiene una unin pn en vez de dos, como en el BJT. El JFET de canal n se construye utilizando una cinta de material tipo n con dos materiales de tipo p difundidos en ella, uno en cada lado. El JFET de canal p tiene una cinta de material tipo p con dos materiales de tipo n difundidos en ella.Estructura Fsica de un JFET

Para entender la operacin del JFET, se conecta el JFET de canal n a un circuito externo, Se aplica una fuente de tensin, VDD, al drenaje y se enva a tierra. Una fuente de tensin de compuerta, VGG, se aplica a la compuerta.VDD proporciona una tensin drenaje a fuente, vDS, que provoca una corriente de drenaje, iD, del drenaje a la fuente. La corriente de drenaje, que es idntica a la corriente de fuente, existe en el canal rodeado por la compuerta de tipo p. La tensin compuerta a fuente, vGS, que es igual a -VGG, crea una regin desrtica en el canal, que reduce el ancho de ste y por tanto aumenta la resistencia entre drenaje y fuente. Como la unin compuerta-fuente est polarizada en inverso, el resultado es una corriente de compuerta nula.Considrese la operacin de un JFET con vGS=0. La corriente de drenaje a travs del canal n del drenaje a la fuente, provoca una cada de tensin a lo largo del canal, con el potencial ms alto en la unin drenaje-compuerta. Esta tensin positiva es la unin drenaje-fuente polariza en inverso la unin pn y produce una regin desrtica. Cuando se incrementa vDS, tambin aumenta la corriente de drenaje, iD.

El JFET de canal n est constituido por una barra de silicio de material semiconductor de tipo n con dos regiones (islas) de material tipo p situadas a ambos lados. Es un elemento tri-terminal cuyos terminales se denominan drenador (drain), fuente (source) y puerta (gate). En la figura 1a se describe un esquema de un JFET de canal n, en la 1b el smbolo de este dispositivo y en la 1c el smbolo de un JFET de canal P.

La polarizacin de un JFET exige que las uniones p-n estn inversamente polarizadas. En un JFET de canal n, o NJFET, la tensin de drenador debe ser mayor que la de la fuente para que exista un flujo de corriente a travs de canal. Adems, la puerta debe tener una tensin ms negativa que la fuente para que la unin p-n se encuentre polarizado inversamente. Ambas polarizaciones se indican en la figura 2.

FIGIRA 1 (a) JFET canal N. (b) Smbolo de JFET canal N. (c) Smbolo canal P

Figura 2. Caractersticas de un FET N

CARACTERSTICA DE TRANSFERENCIA.

Las curvas de caractersticas elctricas de un JFET son muy similares a las curvas de los transistores bipolares. Sin embargo, los JFET son dispositivos controlados por tensin a diferencia de los bipolares que son dispositivos controlados por corriente. Por ello, en el JFET intervienen como parmetros: I drenador a source o fuente), VGSD (intensidad drain o (tensin gate o puert source o fuente) y V (tensin drain o drenador a source o fuente). Se definen cuatro regiones bsicas de operacin: corte, lineal, saturacin y ruptura. A continuacin se realiza una descripcin breve de cada una de estas regiones para el caso de un NJFET. DS

REGIN DE CORTE

En esta regin la intensidad entre drenador y fuente es nula (I=0). En este caso, la tensin entre puerta y fuente es suficientemente negativa que las zonas de inversin bloquean y estrangulan el canal cortando la corriente entre drenador y fuente. En las hojas tcnicas se denomina a esta tensin como de estrangulamiento o pinch-off y se representa por VGS (off)D o Vp. Por ejemplo, elBF245A tiene una V (off)=-2V.GS

REGIN LINEAL En esta regin, el JFET se comporta como una resistencia no lineal que es utilizada en muchas aplicaciones donde se precise una resistencia variable controlada por tensin. El fabricante proporciona curvas de resistencia drenador- fuente (rds (on)) para diferentes valores de VGS tal como se muestra en la figura 3. En esta regin el transistor JFET verifica las siguientes relaciones:

FIGURA 3 Resistencia drenador-fuente de un transistor NJFET en la regin lineal.

UN CIRCUITO RF CON JFET

Los valores de RD, RG Y RS se obtienen con las Formulas:

VGS (off) = - VP RD = (VCC VD) / ID VGS = - ID*RS AV = -Gm*RD RS = VGS (off) / IDSS RG 500 K Gm = ID / VGS P = 1 / f

BIBLIOGRAFA

MANUEL JULIN ESCOBAR DAZ, Mdulo: 299002 Fsica de Semiconductores. Universidad Nacional Abierta y a Distancia - UNAD.

Consultado el da 16 de Mayo de 2012 de la World Wide Web:http://noellealarmasdeseguridad.obolog.com/definicion-transistor-100224http://www.mitecnologico.com/Main/FuncionamientoDelMosf