Fundación Universitaria de San Gil - UNISANGIL. Gualdron, Pinto. Laboratorio 6
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Laboratorio 6 Gualdron, annd# Hra#ant. Pinto, uan 2arlos. annd#GualdronJunisanil.edu.co uanPintoJunisanil.edu.co Fundación Universitaria de San Gil - UNISANGIL Resumen — En E n este este labo labora rato tori rioo se real reali iaa el dise dise!o !o,, si"ulaci si"ulación ón # "onta$e "onta$e de dos circuitos circuitos con transist transistores ores de e%ecto de ca"&o "etal-ó'ido-se"iconductor ()*SFE+, uno con ti&o N # el otro con ti&o P, con con el ob$etivo de &olariar los dos ti&os de transistor en saturación # obtener una deter"inada corriente en el circuito.
cont contro rola la el &aso &aso de la corr corrie ient ntee a trav ravss del del dis&o dis&osi siti tivo. vo. Estos Estos tran transi sist store oress ta"b ta"bi inn se deno"i deno "ina na uni&ol uni&olares ares &ara disti distinui nuirlo rloss de los transistores transistores bi&olares bi&olares de de unión # &ara &ara destacar destacar el eco eco de 4ue solo solo un ti&o ti&o de &orta &ortador dores es < elec electr tron ones es o u uec ecos os-i -int nter ervi vien enen en en su Palabras clave — )*SFE+, )*SFE+, Saturación Saturación,, corriente corriente de %unciona"iento. Los transistores )*SFE+ drenador. ("etal-o'ido("etal-o'ido-se"ico se"iconductor nductor,, son a4uellos a4uellos en los 4ue el con contr trol ol de la corri corrient entee a trav travs s del del Abstract— In tis tis labo labora rato tor# r# is &er% &er%or or"e "edd desi desin n,, se"iconductor se"iconductor se realia realia "ediante "ediante un contacto contacto si"ulation and asse"bl# o% t/o circuits /it "etal-o'idede&arado de&arado del del se"icon se"iconduct ductor or &or una ca&a se"iconductor %ield e%%ect transistor ()*SFE+, one t#&e N and te oter P t#&e, in order to &olarie te t/o t#&es o% aislante (nor"al"ente, ó'ido de silicio. Este ti&o ti&o de tran transi sist store oress se util utili iaa transistor in saturation and obtain a iven current in te circuit. &re%erente"ente en la electrónica diital. =8> — )*SFE+, )*SFE+, Saturation, 0rain current. Keywords — III. P1*2E0I)IEN+ P1*2E0I)IEN+* * I. IN+1*0U22I3N
Los )*SFE+, o si"&le"ente )*S ()etal-*'ide Se"iconductor, Field E%%ect +ransistor son "u# &arecidos a los FE+. La di%erencia entre estos estriba en 4ue, en los )*S, la &uerta est5 aislada del del canal canal,, consi consiui uin ndos dosee de esta esta %or"a %or"a 4ue la corriente corriente de dico ter"inal ter"inal sea "u# &e4ue!a, &e4ue!a, &r5ctica"ente des&reciable. des&reciab le. 0ebido a este eco, la resis resiste tenc ncia ia de entrad entradaa de este este ti&o ti&o de transistores es elevad7si"a, elevad 7si"a, del orden de 89.999 ):, ):, lo 4ue les conv conviert iertee en co"&one co"&onente ntess ideale idealess &ara &ara a"&li% a"&li%ica icarr se!ale se!aless "u# db dbile iles. s. E'isten dos ti&os de )*SFE+ en %unción de su estructura estructura interna; interna; los de e"&obreci"ie e"&obreci"iento nto # los de enri4uec enri4ueci"i i"ient ento. o. Los &ri"eros &ri"eros tienen tienen un ran ca"&o de a&licación co"o a"&li%icadores de se!ales se!ales db dbile iless en altas altas %recue %recuenci ncias as o radioradio%recuencia (1F, debido a su ba$a ca&acidad de entrada. Los seundos tienen una "a#or a&licación en circuit uitos diitales ales # sobre todo en la construcción de circuitos interados, debido a su &e4ue!o consu"o # al reducido es&acio 4ue ocu&an.
A. circuito 1
El circuito uno, co"o se observa en la figura 1, est5 con%or"ado &or un )*SFE+ ti&o n con una resistencia resistencia 1 0 entre ?cc (8@v # el drenador, en la &uerta encontra"os un divisor de volta$e con% on%or"ad r"adoo &or RG1 # RG2, %ina %inal" l"en ente te un unaa resistencia de 8B se conectó entre el surtidor # la re%ere re%erenc ncia ia a tier tierra. ra. Para Para este este circ circuit uitoo se deb deb7a 7ann calcular los valores de 1G # 1 0 de "odo tal 4ue el transistor se encontrara sie"&re en el estado de saturación # 4ue la corriente 4ue circulaba a travs
Fiura 8. 2ircuito i"&le"entado en la &ri"era &arte del &rocedi"iento.
de R D %uera iual a CD9A.
1) !lculos II. II. )A12 )A12* * +E*1 +E*1I2 I2* * 2o"o &ri"er &aso se &rocedió a calcular el valor Los transistores de e%ecto de ca"&o o FE+ se resistencia 1 0, a sabiendas de 4ue la corriente deno"inan as7 &or4ue durante su %unciona"iento la de la resistencia se!a se!all de entr entrad adaa crea crea un ca"& ca"&oo elc elctr tric icoo 4ue 4ue 4ue circula &or la "is"a de CD9A, se &rocede a
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calcular el volta$e de &olariación. 1
i DS =
2
KN ' (
W L
de deter"inar el volta$e a re4uerir en la resistencia 1M0 # con la le# de o" allar el valor de la resistencia a e"&lear
2
)( V −V ) GS
TH
−12 + R
D
1
@
I D + 1.854 + 1 k I D= 0
2
= (0.769 )( V −0.9 )
0.35
GS
2
−12 + 0.35 R + 1.854 + 0.35=0 D
2
=0.3845 (V −1.8 V + 0.81)
0 .35
GS
= 0.3845 V
0.35
0
GS
=0.3845 V
2
GS
V GS
2
GS
−0.69225 V + 0.31151 GS
0.35 R D
=9.796
R D=28 kΩ
−0.69225 V + 0.03848 GS
2) "imulaci#n
Una ve de%inidos todos los valores de los co"&onentes del circuito, se realió la si"ulación del "is"o en el so%t/are Ns&ice, las cuales arro$aron los resultados "ostrados a continuación.
=1.854 [ V ]
V DS = 1.854 [ V ]
$.
2onociendo #a estos valores, se realió el c5lculo de los valores de 1G8 # 1G@, &ri"ero calculando la relación de las resistencias del divisor de volta$e # &or Klti"o. 1.854
=
12 R G 1
RG 1+ R G 2
+
1.854 R G 1 1.854 R G 2
1.854 RG 2
=10.146 R
=12 R
G1
Fiura @. ?alores arro$ados &or la si"ulación de volta$e en los di%erentes nodos del circuito.
G1
ircuito 2 5.4725
=
RG 2 RG 1
Asu"iendo un valor de R G 2
.
(5.4725 )( 330 Ω )= R R G 2
=1806 Ω
G2
RG 1
Para este seundo circuito se i"&le"entó un )*SFE+ ti&o P (2099O con una resistencia 1 0 entre re%erencia tierra # el drenador, en la &uerta encontra"os un divisor de volta$e con%or"ado &or de 330Ω se alló RG1 # RG2, una resistencia de @B se conectó entre el surtidor # la re%erencia de volta$e (8@v, &or Klti"o el cuer&o del transistor se conectó a una %uente de volta$e de 8@ voltios. Para este circuito se deb7an calcular los valores de 1G # 1 0 de "odo tal 4ue el transistor se encontrara sie"&re en el estado de saturación # 4ue la corriente 4ue circulaba a travs de R D %uera iual a O99A, tal co"o se "uestra en la figura %.
Al conocer el valor de la resistencia en el surtidor 4ue es de 8 # la corriente, realia"os la "alla a %in
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C
Fiura @. 2ircuito i"&le"entado en la seunda &arte del &rocedi"iento. 1)
!lculos
2o"o &ri"er &aso se &rocedió a calcular el valor de la resistencia 10, a sabiendas de 4ue la corriente 4ue circula &or la "is"a de O99A, se &rocede a calcular el volta$e de &olariación. i SD=
1 2
KN ' (
W L
2
)( V −V ) SG
TH
1
2
0.7
= (0.69984 )( V −0.9 )
0.7
=0.34992 (V −1.8 V + 0.81 )
0.7
=0.34992 V
0
GS
2
2
GS
GS
2
GS
−0.65253 V + 0.60842 GS
2
=0.38992 V − 0.65253 V −0.09158 GS
V SG
GS
=1.712 [V ]
V SD = 1.712 [ V ]
Usando le# de o" &ara calcular el valor de R D
V R + 3.112−12 =0 V R =8.888 [ V ]
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R D=
R G 2= 1 kΩ
8.888 [ V ] 0.7 [ mA ]
= 12.7 kΩ
2) "imulaci#n
Una ve de%inidos todos los valores de los Al iual 4ue en el circuito de la &arte in"ediata"ente anterior de esta &r5ctica, se realió co"&onentes del circuito, se realió la si"ulación el c5lculo de los valores de 1G8 # 1G@, &ri"ero del "is"o en el so%t/are Ns&ice, las cuales calculando la relación de las resistencias del divisor arro$aron los resultados "ostrados a continuación. de volta$e # &or Klti"o. I?. 2*N2LUSI*NES 12 R El a"&li%icador o&eracional de 1.712 [ V ]= R + R transconductancia &er"ite "odi%icar # controlar su anancia "ediante la corriente IAH2 4ue se inresa &or la Hias I"&ut. 1.712 R + 1.712 R =12 R El volta$e *%%set es un nivel 02 4ue ad4uiere la se!al de salida, el cual es %actible de "odi%icar e 1.712 R =10.288 R incluso se &uede eli"inar. El %actor de "odulación en el tercer R &rocedi"iento corres&onde a la a"&litud de la 6= R se!al "odulada, es decir, la a"&litud &or enci"a de la &ortadora, siendo as7, 4ue cuanto "enos "odulada este una se!al, "5s cercana a la &ortadora es la a"&litud. G2
G1
G1
•
G2
G2
G2
•
G1
G2
•
G1 G2
Asu"iendo un valor de R G 2
.
( 6 )( 170 Ω )= R
G2
RG 1
de 170Ω se alló
?. 1EFE1EN2IAS =8> 1. )araret. (@99D, Se&. :at is transconductance dis&onible en tt&;QQ/atis.tectaret.co"Qde%initionQ transconductance =@> A0EL SE01A, . S. An5lisis de circuitos "icroelectrónicos. ennet S"it. )c Gra/ Rill. uinta edición. (@996 =C> HERA10 1AA?I. Funda"entals o% "icroelectronics. on :ile# T Sons. Second edition. P&. (@98
Fiura @. ?alores arro$ados &or la si"ulación de volta$e en los di%erentes nodos del circuito.