Ejercicios electronica 1 mosfet

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Ejercicios electronica 1 mosfet

  1. 1. RESUMEN Sección 14-1. El MOSFET de empobrecimiento El MOSFET de empobrecimiento tiene una fuente, -una puerta y un drenador. La puerta está aislada eléc- xricamente del canal. Por ello, la resistencia de entrada es muy alta. El MOSFET de empobrecimiento tiene un uso limitado, principalmente en circuitos de radio- frecuencia. Sección 14-2. El MOSFET de enriquecimiento El MOSFET de enriquecimiento esta normalmente en corte. Cuando la tensión de puerta es iguai a la tensión umbral, una capa de inversión de tipo n conecta la fuente con el drenador. Cuando la tensión de puerta es mucho mayor que la tensión umbral, el dispositivo conduce fuenemente. Debido a la delgada capa de aislante. el MOSFET se destruye con facilidad a me- nos que se tomen las debidas precauciones al mane- jarlo. Sección 14-3; La zona óhmica Como el MOSFET de enriquecimiento es principal- mente un dispositivo de conmutación, funciona nor- malmente entre corte y saturación. Cuando está polari- zado en la zona óhmica actúa como una pequeña resistencia. Si Im“, es menor que 1mm, cuando VG, e Vcsm, e} MOSFET de enriquecimiento funciona en la zona óhmica. Sección 14-4. Conmutación digital Analógico significa que la señal cambia continuamen- te. es decir, sin saltos bruscos. Digital significa que la ' señal salta entrefdos valores distintos de tensión. La conmutación incluye tanto a los circuitos de alta po- tencia como a los circuitos digitales para pequeña se- ñal. Inversión con carga activa significa que uno de los MOSFET actúa como una resistencia grande y el otro como un interruptor. Sección 14-5. CMOS Un CMOS emplea dos MOSFET complementarios, donde uno conduce y el‘ otro no. El inversor CMOS es un circuito digital básico. Los dispositivos CMOS tie- nen la ventaja de su bajo consumo de potencia. Sección 14-6. FET de potencia Los MOSFET de enriquecimiento se pueden fabricar’ para conmutar grandes corrientes. Estos dispositivos, 541 MOSFET 527 conocidos como FET de potencia, son útiles en con- trol de automoción, disqueteras, convertidores, impre- soras, calefactores, iluminación, motores y otras apli- caciones con fuertes requisitos de corriente. DEFINICIONES (14-1) Resistencia ‘de conducción: Vas = Vüsionl Vas ' Vaston) R : . Drum; ¡mm (14-4) Resistencia de dos terminales: Vos VDSuicfival RD = VDflacris-a). Ibtncúva) DERIVACIONES (14-2) Corriente de saturación: “¡no ¡o ' n D [Dlull * Vas vw Vos - _ Von lomo " ‘a
  2. 2. S28 542 PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA (14-3) Zona óhmica: CUESTIONES 1. ¿Cuáles de los siguientes dispositivos revolucio- naron la industria de los ordenadores? a) El JFET b) El MOSFET de empobrecimiento c) El MOSFET de enriquecimiento d) El FET de potencia La tensión que hace conducir un MOSFET de enriquecimiento es la ' a) Tensión puerta-fuente de corte b) Tensión de estrangulatniento e) Tensión umbral d) Tensión de codo ¿Cuáles de los siguientes datos pueden aparecer en la hoja de características de un MOSFET de enriquecimiento? a) Vesqm c) Verano _ b) 155w", d) Todos los antenores La Vox, ” de un MOSFET de enriquecimiento de canal tipo n es a) Menor que la tensión umbral b) Igual a la tensión puerta-fuente de corte c) Mayor que Vw“, d) Mayor que V650“, Una resistencia normal es un ejemplo de a) Un dispositivo de tres terminales b) Una carga activa c) Una carga pasiva d) Un dispositivo de conmutación Un MOSFET de enriquecimiento con su puerta conectada al drenador es un ejemplo de a) Un dispositivo de tres terminales b) Una carga activa c) Una carga pasiva d) Un dispositivo de conmutación 7. 10. ll. 12. 13. Un MOSFET de enriquecimiento que funciona en la zona de corte o en la zona óhmica es un ejemplo de a) Un dispositivo de tres terminales b) Una carga activa c) Una carga pasiva d) Un dispositivo de conmutación CMOS viene de a) MOS común b) Inversión de carga activa - c) Dispositivos de canal p y canal n d) MOS complementario vga”) es siempre a) Menor que VW“, h) Igual a Voxan, c) Mayor que V55“, d) Negativa En los‘ inversores de carga activa el MOS FET su- perior es un a) Dispositivo de dos terminales b) Dispositivo de tres terminales c) Interruptor d) Resistencia pequeña Los dispositivos CMOS usan a) Transistores bipolares b) MOSFET de enriquecimiento complemen- tarios ' c) Funcionamiento en clase A d) Bajo consumo de potencia La principal ventaja de los CMOS es su a) Alta limitación de potencia h) Funcionamiento para pequeña señal c) Capacidad de conmutación d) Bajo consumo de potencia Los FET de potencia son a) Circuitos integrados b) Dispositivos para pequeña señal
  3. 3. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. c) Usados principalmente con señales analó- gicas d) Usados parar conmutar grandes corrientes Cuando la temperatura intema aumenta en un FET de potencia. la a) Tensión umbral aumenta b) Corriente de puerta decrece c) Con-ieme de drenador decrece d) Corriente de saturación aumenta La ntayoría de los MOSFET de enriquecimiento se encuentran en a) Aplicaciones de alta potencia b) Circuitos discretos c) Disqueteras d) Circuitos integrados La mayoría de los FET son a) Usados en aplicaciones con corrientes gran- des ' b) Ordenadores digitales c) Etapas de RF d] Circuitos integrados Un MOSFET de enriquecimiento de canal n con- duce cuando tiene 3) Vos > V» b) Una capa de inversión de tipo n c) VD; > 0 d) Capas de dcplexión _ En un CMOS, el MOSFET superior es a) Una carga pasiva h) Una carga activa _ c) Un dispositivo que no conduce d) Complementario La salida alta de un inversor CMOS es a) Von/ Z c) VD: b) Vas d) Von La Rmmn, de un FET de potencia a) Es siempre grande b) Tiene un coeficiente de temperatura nega- tivo ‘ c) Tiene un coeficiente de temperatura positivo d) Es una carga activa PREGUNTAS DE ENTREVISTA DE TRABAJO ' l. Dibuje un MOSFET de enriquecimiento mos- trando las zonas p y n. Después explique la ac- ción de conexión-desconexión. Describa cómo funciona la inversión con carga activa. Utilice diagramas de circuitos en su expli- cación. < Dibuje un inversor CMOS y explique qué hace el circuito. Dibujo cualquier circuito que muestre un FET de potencia controlando una gran corriente de car- 543 10. ll. Mcsm 529 ga. Explique la acción de conexión-desconexión. Incluya la Rm. ” en su explicación. Hay gente que opina que la tecnología MOS re- volucionó el mundo de la electrónica. ¿Por qué? Liste y compare las ventajas y desventajas de los amplificadores BJT y FET. Explique lo que sucede cuando la corriente de ' drenador empieza a crecer en un FET de poten- cia. ¿Por qué se debe manejar con cuidado un MOS- FET de enriquecimiento? ¿Por que se conecta un cable metálico delgado alrededor de los terminales de un MOSFET du- rante su transporte y distribución? ‘ ¿Cuáles son algunas de las medidas de precau- ción que se deben adoptar cuando se trabaja con dispositivos MOS? ' ¿Por qué un diseñador elegiría generalmente un MOSFET antes que un BJT para funcionar como conmutador de potencia en una fuente de alimen- tación conmutada‘? ' PROBLEMAS BASICOS on l4-l. La zona óhmica Calcule Rom“, para cada uno de los siguientes valores de MOSFET de enriquecimiento: a) Vosmm: 0,1 V e 105M, = 10 mA ) Vbstcn) = 0:25 V e loston) S 45 mA ) Vpsmn) = V e 15510") 5 mA ) vbston) = v e IDSXon) = mA 2 Q cuando V530“) = 3 V e 1mm, a 500 mA. S se polariza en la zona óhmica. ¿cuál es la ¡“un = Z5 mA [amm 5 ¡TIA . 15m“) = ¡TIA 1mm, = 200 mA ‘t uál es la tensión a través del MOSFET de 2 V? (Use la Tabla 14-1.) _ o». cule la tensión en el drenador en la Figu- r 14-25b para una tensión de puerta de +3 V. ‘ ponga que Roxan, tiene aproximadamente : mismo valor que el dado en la Tabla 14-1. i V05 es alta en la Figura l4-25c, ¿cuáles la ensión a través de la resistencia de carga‘? alcule la tensión a través del MOSFET de enriquecimiento de la Figura l4-25d para una tensión de entrada alta. ¿Cuál es la corriente por el LED de la Figu- ra l4-26a cuando V55 = 5 V? n MOSFET de enriquecimiento tiene RDSM) -
  4. 4. 544 530 PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA +20 v +15 v 39o o 1,8 kn vN24osL 35107 +V65 +VG5 la) (bl +25 V +12 V 15o o 18 o +5 V +10 V o i l _ VN1OLM . o l i MPF930 (c) ldl Figura 14-25 +30 V +20 V 1k! ) * Ves VN10LM 4a) ' (bl Figura 14-26
  5. 5. 14-8. Sección 14-9. 14-10. 14-11. 14-12. Sección 14-13. 14-14. El relé de la Figura l4—26b se cierra cuando VG, = 2,6 V. ¿Cuál es la corriente por el MOSFET cuando "la tensión de puerta es alta? ¿Y la corriente a través de la resistencia final? 14-4. Conmutación digital Un MOSFET de enriquecimiento tiene estos Valores: IDhcúval = l mA y vbstacriva) = V- ¿A qué es igual la resistencia de drenador en la zona óhmica‘? - ¿Cuál es la tensión de salida en la Figura 14- 27a cuando 1a entrada es baja? ¿Y cuando es alta? o En la Figura l4-27b, la tensión de entrada es baja. ¿Cuál es la tensión de salida? Si-la en; trada se vuelve alta, ¿cuál es la tensión de sa- lida? — _ = Una onda cuadrada excita la puerta de la Fi- gura 14-27a. Si esta onda tiene un valor pico a pico lo suficientemente grande como para llevar al MOSFET inferior a la zona óltmica, ¿cuál es la forma de onda de salida? 14-5. CMOS Los MOSFET de la Figura 14-28 tienen Rot-m, = 250 fl y Rage“, = 5 MQ. ¿Cómo es la forma de onda de salida? El MOSFET superior en la Figura 14-28 tiene estos valores: Iman) = lmA, VD5(°, ¡) = l V. 1pm“) = l [LA y vpsrum = V. CS la +12«V S45 14-15. 14-16. Sección 14-17, 14-18. 14-19. 14-20. 14-21. 14-22. Figura 14-27 MOSFET 531 tensión de salida cuando la - de entrada es baja? ¿Y cuando es alta? ' Una onda cuadrada con un valor de pico de 12 V y una frecuencia de l kHz es la entrada de la Figura 14-28. Describa la foma de onda de salida. ' ' Durante la transición de baja a alta en la Figu- ra 14-28, la tensión de entrada es 6 V durante un instante. En ese momento ambos MOS- FET tienen resistencias activas de RD = 5 kn. ¿Cuál es la corriente de drenador en ese in- stante? ' 14-6. FET de potencia ¿Cuál es la corriente a través del arrollamien- to del motor de la Figura 14-29 cuando la ten- sión de puerta es baja? ¿Y cuando es alta? El arrollaruiento del motor de la Figura 14-29 se reemplaza por otro con una resistencia de 6 Q. ¿Cuál es la corriente a través del arrolla- miento cuando la tensión de puerta es alta‘? ¿Cuál es la corriente a través de la lámpara de la Figura 14-30 cuando la tensión dc puerta es baja? ¿Y cuando es +10 V? La lámpara de la Figura 14-30 sereemplaza por otra con una resistencia de 5 S}. ¿Cuál es la potencia de la lámpara cuando está oscura? ¿Cuál es la con-lente a través de la válvula de agua de la Figura 14-31 cuando la tensión de puerta es alta‘? ¿Y cuando es baja? La tensión de alimentación de la Figura l4-3l se cambia a 12 V y la válvula de agua se carn- +18V
  6. 6. 57'. 532 546 PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA +12V 14-23. 14-24. o-Ï-Ï- Figura 14-28 bia por otra con una resistencia de IS, Q. ¿Cuál es la corriente a través de la válvula cuando las sondas están sumergidas? ¿Y cuando están sobre la superficie? ¿Cuál es la constante de tiempo RC en la Fí- gura 14-32? ¿Y la potencia de la lámpara cuando está totalmente encendida? Las dos resistencias en el circuito de puerta de la Figura 14-32 están duplicadas. ¿Cuál es la constante de tiempo RC? Si la lámpara se cambia por otra con una resistencia de 6 Q. ¿cuál es la corriente cuando está totalmente encendida? +12V ‘i052 +10 V MTP4N80E Flgura 14-29 1M! ) MTV10N100E FOTODIODO Figura 14-30 PROBLEMAS DE MAYOR DIFlCULTAAD 14-25. En la Figura l4-25c, la tensión de puerta ‘es una onda cuadrada con una frecuencia de l kHz y una tensión de pico de +5 V. ¿Cuál es la potencia media disipada en la resistencia de carga? 14-26. La tensión de puerta de la Figura l4-25d es una serie de pulsos rectangulares de tensión alta el 25 por 100 del ciclo y tensión cero el resto del ciclo. ¿Cuál es la potencia medía di- sipada en la resistencia de carga‘? 14-27. El inversor CMOS de la Figura 14-28 usa VÁLVULA DE AGUA SONDAS NIVEL DE AGUA EN LA P| SCINA Figura 14-31
  7. 7. 14-28. 14-29. 14-30. MOSFET con BDSM) = 100 Q y Rvstofl‘) = 10 MQ. ¿Cuál es el consumo de potencia del cir- cuito en el punto Q? Cuando la entrada es una onda cuadrada, la corriente media a través de Q, es 50 tLA. ¿Cuál es el consumo de po- tencia‘? Si la tensión de puerta es 3 V en la Figura 14-30, ¿cuál es la corriente por el fotodiodo? En las especificaciones de características de un MTPIÓNZSE se muestra una gráfica nor- malizada de Rpsmm en función de la tempe- ratura. El valor normalizado crece iinealmen» te desde l hasta 2.25 a medida que la temperatura de la unión aumenta de 25 a 125 °C. Si R053,” = 0,17 Q a 25 °C. ¿cuánto vale a 100 °C? ' : En la Figura 14-20, V¡, , = 12 V. Si ei transfor- mador tiene una relación de espiras de 4:1 y el rizado de salida es muy pequeño, ¿cuál es la’ tensión continua de salida Vouf! 547 MOSFET 533 +20 V LÁMPARA 4 S2 1MQ MTV1dN1ooE 1MSZ Figura 14-32

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