Mosfet_Introduccion.pptx

ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
TRNASISTORES MOSFETS
Ing. Paolo Pancho .Msc
QUITO, 2022

Agenda
T R A N S I S T O R E S
M O S F E T S
01 FUNCIONAMIENTO
02 TIPOS DE TRANSISTORES
03 PROCESO DE CONDUCCIÓN
04 CURVAS CARATERÍSTICAS

El transistor de efecto de campo MOSFET
 Es un tipo de transistor cuyo funcionamiento
está basado en el transporte de carga asociado a
un único tipo de portadores (e- o p+).
 Debido a ello, a veces son conocidos con el
nombre de transistores unipolares, a diferencia
de los transistores bipolares (BJT) en los que el
transporte de carga se realiza mediante ambos
tipos de portadores inyectados a través de las
uniones PN polarizadas directamente.

El transistor de Efecto de Campo MOSFET
Se ha desarrollado diversas estructuras de
transistores FET, según la tecnología y/o
necesidades. Las más importante son las
implementadas con tecnologías sobre
Silicio (Si) como el JFET, o Junction FET, y
el MOSFET, o Metal-Oxide-Semiconductor
FET.
MOSFET: transistor de efecto de campo de metal
óxido semiconductor (Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor)

El transistor de Efecto de Campo MOSFET
El transistor MOSFET es ampliamente el más utilizado sobre los
demás (JFET) por poseer ciertas características que los hacen
ventajosos, incluso en ocasiones respecto del transistor bipolar:
4.- Pueden implementarse tanto funciones analógicas como digitales
y/o mixtas dentro de un mismo chip.
3.- Reducido consumo de energía (menor consumo de potencia).
1.- El proceso de fabricación es simple (menor número de pasos)
2.- Reducido tamaño, que conducen a densidades de integración
elevadas.

Estructura MOS Metal-Oxido-Semiconductor
La estructura MOS se compone de dos terminales y tres
capas: Un SUBSTRATO de silicio, puro o poco dopado p
o n, sobre el cual se genera una capa de oxido de silicio
(SiO2) que posee características dieléctricas o aislantes.
Por último, sobre ésta se coloca una capa de METAL
(Aluminio o polisilicio), que posee características
conductoras.

Estructura del transistor MOSFET

TIPOS Y SIMBOLOGIA DE LOS MOSFET

TIPOS Y SIMBOLOGIA DE LOS MOSFET
-Según el modo de
formación del canal:
MODO ACUMULACIÓN
MODO DEPLEXION
MODO DEPLEXION
MODO ACUMULACION
CANAL tipo N CANAL tipo P
-Según el tipo de portadores
del canal:
CANAL tipo N
CANAL tipo P

¿Cómo se polariza al MOSFET de ACUMULACION ?
ID ID
Canal n Canal p
n
n
n p
p
p
_
_
_
_
+
+
+
+
VDS
VDS
VGS
VGS
VGS polarización directa
VDS polarización inversa
VDD
VGG
VDD
VGG
D D
G G
S
S

Parámetros del MOSFET
Parámetros de entrada: VGS, IG = 0
Parámetros de salida: VDS, ID
ID
Canal n
n
n
p
_
_
+
+
VDS
VGS
VDD
VGG
D
G
S
malla de entrada malla de salida

¿Cómo funciona el MOSFET de ACUMULACION ?

Funcionamiento el MOSFET de acumulación

Funcionamiento el MOSFET de acumulación
Si se aplica un voltaje entre el Drenador y la Fuente (VDS), el transistor
conducirá con una resistencia que será menor cuando mayor sea el voltaje
VGS

CONCLUSIÓN
El transistor opera como resistencia variable:
Cuando VDS aumenta a cierto nivel, ID ya no
puede aumentar mas debido a las limitaciones
físicas del canal :

FUNCIONAMIENTO EL MOSFET DE ACUMULACIÓN

FUNCIONAMIENTO EL MOSFET vs BJT

Las curvas características del MOSFET definen su funcionamiento.
Curvas características del MOSFET
Se distinguen tres regiones o zonas importantes:
• Zona lineal u óhmica: El MOSFET se comporta como una resistencia
cuyo valor depende de la tensión VGS.
• Zona de saturación: El MOSFET, amplifica y se comporta como una
fuente de corriente controlada por la tensión VGS que existe entre
Puerta (G) y Fuente (S).
• Zona de corte: La intensidad corriente de Drenaje (D) es nula.

Curvas de transferencia de JFET y MOSFET

Curvas de transferencia y características del MOSFET de
DEPLEXION o EMPOBRECIMIENTO o DECREMENTAL

Curvas de transferencia y características del MOSFET de
ACUMULACION o ENRIQUECIMIENTO o INCREMENTAL

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOSFET
DE DEPLEXION - EMPOBRECIMIENTO - DECREMENTAL
3

DEL MOSFET DE DEPLEXION - EMPOBRECIMIENTO

Admite tensiones VGS tanto negativas como positivas
Cuando VGS es negativa actúa como un JFET canal N.
Cuando VGS es positiva actúa como un MOSFET de
acumulación o enriquecimiento.

Parámetros mas significativos del MOSFET de deplexión o empobrecimiento
Las ecuaciones de funcionamiento en la zona de saturación son las
mismas que las del JFET.
IDSS =IDSo Corriente de saturación para VGS = 0
VDSsat Tensión VDS necesaria para entrar en saturación para VGS = 0V
Vt = VGSth Tensión de umbral, VGS tensión mínima necesaria para la
c conducción del canal
RDS(on) Resistencia del canal para la máxima conducción del transistor

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO
DEL MOSFET
DE ACUMULACION - ENRIQUECIMIENTO - INCREMENTAL
3

MOSFET DE ACUMULACION - ENRIQUECIMIENTO

Las corrientes de saturación para cada VGS es IDSS y responden a la siguiente ley
La curva de transferencia no cumple con la ecuación de Shockley

Parámetros mas significativos del MOSFET de acumulación o enriquecimiento
ID(on)
VDS(on)
VGS(on)
RDS(on)
Valores que el fabricante suministra en un punto
de funcionamiento, llamado ON, que
normalmente es el de máxima conducción del
transistor MOSFET, cuando trabaja como
interruptor
Vt = VGSth Tensión de umbral, VGS tensión mínima necesaria
p para la conducción del canal

Tipos de
transistores
FET
Jfet
Canal N
Canal P
Mosfet
Acumulación
Canal N
Canal P
Deplexión
Canal N
Canal P
Tipos de transistores FET

COMPARACIÓN CONSTRUCTIVA
JFET
MOSFET
DEPLEXIÓN
MOSFET
ACUMULACIÓN

Curvas Características
JFET
MOSFET
DEPLEXIÓN

Curvas Características
MOSFET
ACUMULACIÓN

COMPARACIÓN DE POLARIZACIÓN
MOSFET
ACUMULACIÓN
ID
Canal n
n
n
p
_
_
+
+
VDS
VGS
VDD
VGG
D
G
S
MOSFET
DEPLEXIÓN
ID
Canal n
n
n
p
_
_
+
+
VDS
VGS
VDD
VGG
D
G
S
ID
Canal n
n
n
p
_
_
+
+
VDS
VGS
JFET

El MOSFET como interruptor
Las principales ventajas de la tecnología MOSFET, sobre los dispositivos
bipolares, cuando trabajan como interruptores electrónicos, es que su
terminal de puerta está aislado del canal conductor principal por una
capa delgada de óxido metálico, y el canal MOSFET principal utilizado
para la conmutación es puramente resistivo.
El MOSFET cuando se utiliza como dispositivo de conmutación,
generalmente opera entre sus regiones de corte y saturación, por lo que
VGS actúa como un voltaje de control de ENCENDIDO / APAGADO para el
MOSFET.
Recordar que la tensión de umbral VT de un MOSFET es la tensión mínima
aplicada al terminal de puerta para que el canal principal entre los
terminales de drenaje y de fuente comience a conducir.

Para que el MOSFET de ACUMULACION de canal N funcione como un
dispositivo abierto (DESACTIVADO) o cerrado (ENCENDIDO), se deben
cumplir las siguientes condiciones:
Un MOSFET de canal N se comporta como un interruptor cerrado
cuando el voltaje de puerta-fuente VGS sea mayor que la tensión de
umbral VT.
Un MOSFET de canal N se comporta como un interruptor abierto
cuando el voltaje de puerta-fuente VGS sea menor que la tensión de
umbral VT.

El MOSFET de ACUMULACION de canal N funciona como un dispositivo
cerrado (ENCENDIDO) FIG.1, o abierto (DESACTIVADO) FIG.2
FIG. 1 FIG. 2

del transistor MOSFET de ACUMULACIÓN
POLARIZACIONES
del transistor MOSFET de DEPLEXIÓN

MOSFET DE
DEPLEXIÓN
MOSFET DE
ACUMULACIÓN

¿Cómo se polariza al MOSFET de DEPLEXION ?
ID ID
Canal n Canal p
n
n
n p
p
p
_
_
_
_
+
+
+
+
VDS
VDS
VGS
VGS
VGS polarización inversa
VDS polarización inversa
VDD
VGG
VDD
VGG
D D
G G
S
S

Auto polarización del MOSFET de DEPLEXION
VDD=RDID+VDS + RSID
0 = RGIG +VGS + RSID
En la malla de salida:
En la malla de entrada:
0 = 1MΩ(0)+VGS + 0,43kΩ ID
- 0,43kΩ ID = VGS
14V= (1,2kΩ + 0,43kΩ) ID+VDS
14V= 1,63kΩ ID+VDS

1V
ID = 6mA 1 -
-4V
2
con: VGS = 1V
0
6mA
- 4V
0
3mA
1,5mA - 2V
- 1,2V
ID = 9,375 mA
ID (mA)
VGS (V)
IDQ = 2,8 mA
Q
- 0,43kΩ ID = VGS
ID VGS
0 0
4 -1,72
para trazar la recta:

Polarización por Divisor de voltaje del MOSFET de DEPLEXION
Se obtiene el voltaje Thevenin
utilizando el divisor de voltaje:
VDD
R1 +R2
Vth =
R2
18V
110MΩ + 10MΩ
Vth =
10 MΩ
Vth = 1,5V
Se obtiene la resistencia
Thevenin utilizando el paralelo:
R1 +R2
R1 . R2
Rth=
110MΩ + 10MΩ
110MΩ . 10MΩ
Rth=
Rth= 9,2MΩ
=

VDD=RDID+VDS + RSIS
VGG = RG IG +VGS + RS IS
1,5V = VGS + 0,75kΩ ID
18V= (1,8kΩ + 0,75kΩ) ID+VDS
18V= 2,55kΩ ID+VDS

1V
ID = 6mA 1 -
-3V
2
con: VGS = 1V
0
6mA
- 3V
0
3mA
1,5mA - 1,5V
- 0,9V
ID = 10,67 mA
ID (mA)
VGS (V)
IDQ = 3,1 mA
Q
ID VGS
0 1,5
2 0
1,5V = VGS + 0,75kΩ ID

Se obtiene el voltaje Thevenin
utilizando el divisor de voltaje:
VDD
R1 +R2
Vth =
R2
18V
110MΩ + 10MΩ
Vth =
10 MΩ
Vth = 1,5V
Se obtiene la resistencia
Thevenin utilizando el paralelo:
R1 +R2
R1 . R2
Rth=
110MΩ + 10MΩ
110MΩ . 10MΩ
Rth=
Rth= 9,2MΩ

VDD=RDID+VDS + RSIS
VGG = RG IG +VGS + RS IS
1,5V = VGS + 0,15kΩ ID
18V= (1,8kΩ + 0,15kΩ) ID+VDS
18V= 1,95kΩ ID+VDS

1V
ID = 6mA 1 -
-3V
2
con: VGS = 1V
0
6mA
- 3V
0
3mA
1,5mA - 1,5V
- 0,9V
ID = 10,67 mA
ID (mA)
VGS (V)
IDQ = 7,6 mA Q
ID VGS
0 1,5
10 0
1,5V = VGS + 0,15kΩ ID

Polarización del MOSFET de ACUMULACION
voltaje Thevenin: VDD
R1 +R2
Vth =
R2
40V
22MΩ + 18MΩ
Vth =
18MΩ
Vth = 18V
resistencia Thevenin:
R1 +R2
R1 . R2
Rth=
22MΩ + 18MΩ
22MΩ . 18MΩ
Rth=
Rth= 9,9MΩ

VDD=RDID+VDS + RSIS
VGG = Rth IG +VGS + RS IS
18V = VGS + 0,82kΩ ID
40V= (3kΩ + 0,82kΩ) ID+VDS
40V= 3,82kΩ ID+VDS

Para graficar la curva de transferencia:
ID = K (VGS - VGS (th) )²
Determinar el valor de K:
ID(encendido)
K =
(VGS (encendido) - VGS (th) )²
3mA
K =
(10V- 5V )²
= 1,2x10⁻⁴ A/V²
Por lo que la ecuación queda:
ID = 1,2x10⁻⁴ (VGS - 5)²
VGS ID
5 0
10 3
15 12
20 27
Para graficar la recta:
18V = VGS + 0,82kΩ ID
ID VGS
0 18
21,95 0

IDQ = 7 mA
Q
ID (mA)
VGS (V)
VGS ID
5 0
10 3
15 12
20 27
18V = VGS + 0,82kΩ ID
ID VGS
0 18
21,95 0

FOTORESITENCIA (LDR)
 El LDR por sus siglas en inglés (Light Dependent Resistor) o
fotoresistor es una resistencia eléctrica la cual varía su valor
en función de la cantidad de luz que incide sobre su
superficie.
 Cuanto mayor sea la intensidad de luz que incide en la
superficie del LDR o fotoresistor menor será su resistencia
y en cuanto menor sea la luz que incida sobre éste mayor
será su resistencia.
Valor ohmico de la LDR:
Cuando medimos entre sus extremos nos encontraremos que
pueden llegar a medir en la oscuridad valores cercanos al
MegaOhm (1 MΩ) y expuestas a la luz mediremos valores
alrededor de los 100 Ω(en algunos casos puede descender a
valores de 50Ω).

Formas de conectar un fotoresistor:
 Mayor luz, mayor voltaje:

 Mayor luz, menor voltaje:

EJERCICIO: para el siguiente circuito encuentre los valores de ID,VGS,VDS y grafique la
curva de trabajo del transistor.
R1 +R2
Vth =
R2
24V
10MΩ + 4MΩ
Vth =
5MΩ
Vth = 8V
R1 +R2
R1 . R2
Rth=
5MΩ + 10MΩ
5MΩ . 10MΩ
Rth=
Rth= 3.33MΩ
24
10MΩ
1.8KΩ
5MΩ
1KΩ
2V
4mA
6V

VDD=RDID+VDS + RSIS
VGG = Rth IG +VGS + RS IS
8V = VGS + 1kΩ ID
24V= (1.8kΩ + 1kΩ) ID+VDS
24V= 2.8kΩ ID+VDS
1KΩ
8 V
3.33 M Ω
2V
4mA
6V
1.8KΩ

Para graficar la curva de transferencia:
ID = K (VGS - VGS (th) )²
Determinar el valor de K:
ID(encendido)
K =
(VGS (encendido) - VGS (th) )²
4mA
K =
(6V- 2V )²
= 2.5x10⁻⁴ A/V²
Por lo que la ecuación queda:
ID = 2.5x10⁻⁴ (VGS - 2)²
VGS ID
2 0
4 1
6 4
8 9
8V = VGS + 1kΩ ID
ID VGS
0 8 V
8mA 0

VGS ID
2 0
4 1
6 4
8 9
ID VGS
0 8 V
8mA 0
Q 2.7 mA
5.3 V
ID = 2.5x10⁻⁴ (VGS - 2)²
VGS =8V- 1kΩ ID
ID1 = 2.7 mA
ID2 = 13 mA VGS = -2
VGS = 5.3 V

𝑅1 =
3.7
0.02
= 180 Ω ≈ 220 Ω

EJERCICIO: para el siguiente circuito encuentre los valores de ID,VGS,VDS y grafique la
curva de trabajo del transistor.
R1 +R2
Vth =
R2
6V
1MΩ + 150kΩ
Vth =
1MΩ
Vth = 5.21V
R1 +R2
R1 . R2
Rth=
150kΩ + 1MΩ
1MΩ . 150kΩ
Rth=
Rth= 13KΩ
6
150 KΩ
1MΩ
1KΩ
?
?
?

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