UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE AZUERO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁ ELECTROMECÁNICA NICA Circuitos Electrónicos II
Laboratorio MOSFET
Facilitador Francisco Canto
Educandos Edison Baule
6-714-1956
Yahir Ordóñez
6-714-2281
Cheyn Rodríguez
6-714-364
Entregado el 11 de junio Primer Semestre 2012
INTRODUCCIÓN Dentro de la gama de transistores que existen actualmente podemos diferenciar los siguientes: la familia de los BJT y la familia de los FET. Los FET o transistores de efecto de campo son dispositivos que a diferencia de los BJT son controlados por tensión o diferencia de voltaje. En los transistores FET se crea un campo eléctrico que controla la anchura del camino de conducción del circuito de salida sin que exista contacto directo entre la magnitud controlada (corriente) y la magnitud controladora (tensión). Dentro de la familia de los FET podemos encontrar dos grandes divisiones: JFET y MOSFET. Los MOSFET o transistores de efecto de campo de unión metal semiconductor se dividen en dos grandes ramas: decrementales e incrementales, estos a su vez se dividen en canal n o canal p. En este laboratorio estudiamos el comportamiento de los MOSFET de varias maneras, por ejemplo, en polarización automática con el voltaje de drenaje, el voltaje drenaje-fuente, la corriente de drenaje, etc. Por otro lado también estudiamos el comportamiento que existe entre el voltaje compuerta-fuente y el voltaje de entrada en corriente alterna, vimos las gráficas en el osciloscopio. A lo largo de este informe se verán gráficas que determinan el comportamiento del MOSFET, que para este caso específico se estudió tanto un decremental como un incremental.
MARCO TEÓRICO El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores semiconduc tores habituales, habituale s, empleando la oblea monocristalina monocri stalina semiconductora semi conductora como la región activa o canal. La región activa de los TFT (thin-film transistor, o transistores de película fina) es una película que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFT es como pantallas de cristal líquido o LCD). Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.
Polarización Automática Para esta polarización utilizamos un ‘Divisor de Voltaje’, como lo muestra n las figuras 6.20 y 6.21.
Como ya sabemos que I G = 0 A, el voltaje VG, igual al voltaje a través de R 2, lo podemos encontrar utilizando un divisor de voltaje de la siguiente manera:
Así, aplicando las leyes de Kirchoff y sustituyendo, podemos obtener obtener la siguiente ecuación:
Si quisiéramos saber el comportamiento de nuestro circuito, podemos graficar como se comporta la maya de entrada y de salida. Para facilitar el procedimiento establecemos que I D es igual a 0 (cero) amperes, y el valor de V GS para el dibujo será de V G volts.
Análisis de la Línea de Carga de un sencillo Amplificador NMOS Las fuentes de tensión en continua polarizan el NMOS en un punto de trabajo adecuado para amplificar adecuadamente adecuadamente la señal de entrada Vin(t). Los puntos extremos de tensión Vgs definen los puntos de máxima excursión del punto Q (puntos de corte con la recta de carga), obteniéndose así la V ds como amplificación de la señal de entrada.
MATERIALES
Fuente de Voltaje (V DC)
Transistor ECG2388 (MOSFET)
Resistencias
Multímetro
Protoboard y Cables de Conexión
PROCEDIMIENTO 1. Siguiendo las indicaciones i ndicaciones del profesor, desarrollamos desarrollamos el siguiente procedimiento. procedimiento. 2. Utilizando el programa de simulación de circuitos, Multisim, implementamos el circuito de la siguiente figura. De igual manera lo armamos en protoboard.
3. Para desarrollar el punto 4 y por cuestiones prácticas, cambiamos los valores de las resistencias, quedando el circuito como se muestra. Posterior a la figura se presentan los resultados reales (armado en protoboard) protoboard) e ideales (simulado en el software).
Real VG (V) 0,955
VGS (V) 0,955
VDS (V) 19,84
Simulado ID (mA) 0
VG (V) 0,9798
VGS (V) 0,9732
VDS (V) 19,926
ID (mA) 0,0213
4. Utilizando el software de simulación Multisim, construimos el circuito calculando y variando los valores de las resistencias para el transistor Mosfet de la experiencia (ECG2388). Así, resulto que el transistor trabajaba mejor para los siguientes valores de resistencias que teníamos. R1
R2
R3
R4
660 KΩ
34 KΩ
330 Ω
3,4 KΩ
1. Circuito a analizar
Vds ID
VGS ID
0 -8.88µ
0.2 -8.88µ
0.4 -8.88µ
0.6 -8.88µ
0.8 -8.88µ
1.0 -8.88µ
2.0 -8.88µ
3.0 -8.88µ
4.0 -8.88µ
5.0 -8.88µ
Vgs vs ID 0 -0.000001
0
1
2
3
4
5
-0.000002 -0.000003 -0.000004 -0.000005
Series1
-0.000006 -0.000007 -0.000008 -0.000009 -0.00001
2. Para Vgs = 1, Obtenga la gráfica de I d vs Vgs para Vds de cero a 10 V. Vds ID
VDS ID
0 0
2 -1.554µ
4 -3.109µ
6 -4.44µ
8 -7.944µ
10 -8.88µ
Vgs vs ID 0 -0.000001
0
2
4
6
8
10
12
-0.000002 -0.000003 -0.000004 -0.000005
Series1
-0.000006 -0.000007 -0.000008 -0.000009 -0.00001
3. Repite el paso anterior para V gs =2, 4, 5, 6, 8, 10 V.
Vgs = 2
Vds ID
VDS ID
0 0
2 -1.554µ
4 -3.109µ
6 -4.44µ
8 -7.944µ
10 -8.88µ
6 -4.44µ
8 -7.944µ
10 -8.88µ
Vgs vs ID 0 -0.000001 0
5
10
15
-0.000002 -0.000003 -0.000004 -0.000005
Series1
-0.000006 -0.000007 -0.000008 -0.000009 -0.00001
Vds ID
Vgs = 4 VDS ID
0 0
2 -1.554µ
4 -3.109µ
Vgs vs ID
0 -0.000001 0
5
10
15
-0.000002 -0.000003 -0.000004 -0.000005
Series1
-0.000006 -0.000007 -0.000008 -0.000009 -0.00001
Vgs = 5
Vds ID
VDS ID
0 0
2 1.76 A
4 1.761 A
6 1.761 A
8 1.761 A
10 1.761 A
Vgs vs ID 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1
Series1
0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
Vds ID
2
4
6
8
10
12
Vgs = 6 VDS ID
0 0
2 -5.662 A
4 -5.662 A
6 -5.662 A
8 -5.662 A
10 -5.662 A
Vgs vs ID 0 0
2
4
6
8
10
12
-1 -2 -3 Series1 -4 -5 -6 -7
Vgs = 8
Vds ID
VDS ID
0 0
2 -10.478 A
4 -15.479 A
6 -15.482 A
8 -15.48 A
Vgs vs ID 0 -2
0
2
4
6
8
10
12
-4 -6 -8 Series1 -10 -12 -14 -16 -18
Vds ID
Vgs = 10 0 0
2 -16.91 A
4 -21.712 A
6 26.50 A
8 26.54 A
10 26.543 A
10 -15.412 A
Vgs vs ID 40 30 20 10 Series1 0 0
2
4
6
8
10
12
-10 -20 -30
Análisis de la línea de carga de un sencillo Amplificador NMOS 1. Arme el siguiente circuito utilizando Multisim y en un protoboard y obtenga los valores que se piden en los puntos 2 y 3.
2. Para Vin= 0 Simulado Real
Vgs 4 4.03
ID 14.36 uA 18.65 mA
VDS 19.98 V 1.64 V
Vgs 4 3.86
ID 9.15 mA 18.67 mA
VDS 10.86 V 1.64 V
3. Para Vin= 1 Simulado Real
CONCLUSIONES Luego de realizada la experiencia, podemos concluir concluir que: Es difícil que los l os valores reales y los simulados, den exactamente igual, ya que al armar el circuito en protobo protoboard ard se puede incurrir en ciertos errores, además los valores reales de las resistencias incluyen cierto porcentaje de inexactitud o incertidumbre. Cuando utilizamos la configuración de polarización automática (por divisor de voltaje), podemos asumir que la corriente de la compuerta es 0 (cero) ampere, ya que así permitimos un aislamiento entre la red de divisor de voltaje y la sección de salida. Se pudo realizar las mediciones en los circuitos con transistores de efecto de campo de este este laboratorio, laboratorio, haciendo ver las diferencias que existen en V ds e ID al variar el voltaje VGS. Con los resultados obtenidos en el laboratorio pudimos graficar en nuestro caso con Excel los diversos parámetros de un MOSFET y ver la manera en la que cada una de ellas se comporta, ya sea variando dos de ellas, mientras que la otra se mantiene constante, mayormente el voltaje compuerta-fuente. En el caso de un amplificador NMOS utilizado en la tercera parte podemos decir que es un tipo de amplificador de baja señal, en donde los puntos extremos de tensión (Vgs) determinan los puntos de máxima excursión de Q. Es necesario en un circuito de amplificación con un NMOS que la corriente directa se polarice para poderse amplificar correctamente el V in.
BIBLIOGRAFÍA
Apuntes de la Clase.
Amplificadores Amplificadores de Pequeña Señal. Universidad de Murcia. http://www.google.com.pa/u http://www.google.com.pa/url?sa=t&rct=j&q= rl?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&sourc &esrc=s&source=web&cd=1&ved= e=web&cd=1&ved=00 CE4QFjAA&url=http%3A%2F%2Focw.um.e CE4QFjAA&url=http%3A%2F%2Focw.um.es%2Fingenieria s%2Fingenierias%2Ftecnologia-y-sistema s%2Ftecnologia-y-sistemasselectronicos%2Fmaterial-de-clase-1%2 electronicos%2Fmaterial-de-clase-1%2Ftema-5.-amplifica Ftema-5.-amplificadores-de-pequenadores-de-pequenasenal.pdf&ei=Rk_VT_CxBYii9QSOzIHuAw& senal.pdf&ei=Rk_VT_CxBYii9QSOzIHuAw&usg=AFQjCNE_V usg=AFQjCNE_VmoqlOWukEv moqlOWukEvPSFi1Uwa18C PSFi1Uwa18C cxvw&sig2=kss8WRVN10fvOzFJXIUk3g