En este tutorial, aprenderá sobre los transistores de efecto de campo o FET, su funcionamiento, sus áreas de operación y verá los FET operados con interruptores. Echemos un vistazo a ambos JFET y cómo se pueden usar en aplicaciones de conmutación.
Tabla de contenido
Introducción
Debido a sus diversas ventajas, como la alta impedancia de entrada, la fabricación simple, la operación simple, etc., los transistores de efecto de campo (FET) se usan ampliamente en diversas aplicaciones, especialmente en sistemas de circuitos integrados.
Hay 2 FET.Nd Generación de transistores después de BJT. Se pueden utilizar como amplificadores para osciloscopios, instrumentos de prueba y medición, voltímetros electrónicos, etc., y también se pueden utilizar para operaciones de conmutación.
Echemos un vistazo más de cerca a cómo usar los FET como interruptores. Pero antes de eso, primero debe ver los conceptos básicos y el funcionamiento de los FET.
FET y sus regiones operativas
Un transistor de efecto de campo es un dispositivo unipolar en el que una corriente es transportada solo por el portador mayoritario (azada o electrón). Un FET es un dispositivo de control de voltaje que controla el voltaje entre la puerta y la fuente, lo que hace que la corriente de salida varíe.
Consideremos los JFET de canal N para comprender su área de operación. El funcionamiento o características de los JFET se divide en tres áreas: sarna, saturación y zonas de barrera. El voltaje aplicado al drenaje se llama VSS (a veces denominado VDD Diddy) voltaje a la puerta se denomina VGS o VGG (g).
Región óhmica (VSS> 0 y VSS < VP)
En esta región, la capa de privación del canal es muy pequeña y el FET actúa como un reóstato.
En este caso, VSS El valor es mayor que 0 y menor que V.P Por lo tanto, no hay pizca de canal y corriente I.D Aumentar. Si aumenta el voltaje de la fuente de puerta V,GS, la conductancia del canal cae y la resistencia aumenta. Así, la zona de agotamiento se extiende más, creando un canal estrecho. La resistencia del canal generalmente cambia de 100 ohmios a 10K ohmios y, obviamente, controla el voltaje. Por lo tanto, los transistores actúan como resistencias de control de voltaje en esta área.
Área de saturación (VSS > VGS – VP )
Esta área es VSS Mayor que VGS Menos VP, aquí VP es el voltaje de pellizco. En esta zona, la corriente de drenaje ID Depende enteramente de V.GS No es una función de V.SS. Los FET operan en esta área, amplificando la señal y realizando tareas de conmutación. V en la figuraGS es 0, y la corriente máxima ID Fluir. Al cambiar VGS Lo que es más negativo es que la corriente de drenaje está disminuyendo. A un valor específico de V,GS La corriente de drenaje fluye continuamente a través del dispositivo. Por lo tanto, esta área también se conoce como zona de corriente constante.
Área de corte (VGS < VP)
Esta es el área donde se encuentra la corriente de drenaje I.D es 0 y el dispositivo está apagado. En este caso, la tensión de la fuente de compuerta VGS El voltaje de pellizco es menor que V.P. Esto significa el valor de V.GS Es más negativo que V.P. Por lo tanto, el canal se cierra y no permite el flujo de corriente a través del dispositivo.
FET como conmutador (JFET)
A partir de la discusión anterior, está claro que los FET se pueden usar como interruptores operando en dos áreas: la zona de corte y la zona de saturación. Cuando el VGS es 0, el FET opera en la región de saturación y la corriente máxima fluye a través de ella. Por lo tanto, es como un completamente encendido. De manera similar, si el VGS aplicado es un valor negativo que el voltaje de pellizco, el FET opera en una zona de corte y no permite el flujo de corriente a través del dispositivo. Por lo tanto, el FET está completamente apagado. Los FET están disponibles como interruptores en una variedad de configuraciones, algunas de las cuales son:
FET utilizados como interruptores de derivación
Echemos un vistazo a la siguiente figura donde el FET está conectado en paralelo con la carga y actúa como un interruptor analógico.
- Si el VGS aplicado es cero, operará en el área de saturación, por lo que el FET se encenderá y la resistencia será muy pequeña, cercana a los 100 ohmios. El voltaje de salida del FET es V.fuera= Ven * {rSS/(rD + RDS (activado))}. Después de la resistencia RD es muy grande y se considera que el voltaje de salida es aproximadamente cero.
- Cuando se aplica un voltaje negativo igual al voltaje de pellizco en la puerta, el FET opera en la zona de corte y actúa como un dispositivo de alta resistencia, y el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada.
FET utilizados como conmutadores en serie
La siguiente figura muestra otra configuración de un circuito de conmutación FET. En este circuito, el FET actúa como un interruptor en serie. Si el voltaje de control es cero, funcionará como un interruptor cerrado, y si el voltaje de control es negativo, funcionará como un interruptor abierto. Si el FET está encendido, la señal de entrada aparecerá en la salida, y si está apagado, la salida será cero.
Ejemplo de un JFET de canal N como conmutador
La siguiente figura muestra cómo se utiliza un JFET de canal N para conmutar LED. Los LED están conectados entre los terminales de alimentación y fuente a través de resistencias. Aquí, se utiliza una resistencia para limitar la corriente que pasa a través del LED. El terminal de la puerta del transistor conectado a la fuente de alimentación negativa.
- En la discusión anterior, el voltaje cero en los terminales de la puerta permite que la corriente fluya a través de los LED porque los FET están en modo de saturación. Por lo tanto, el LED se encenderá.
- Cuando haya suficiente voltaje negativo (alrededor de 3-4 voltios) en los terminales de la puerta, el JFET entrará en modo de desconexión y el LED se apagará.
JFET de canal P como conmutador
Hasta ahora, hemos hablado de los JFET de canal N con switches. Otro tipo de JFET son los JFET de canal P, y el comportamiento de estos FET también es similar al de tipo N, pero la única diferencia es el voltaje positivo en los terminales de la puerta.
- Si el voltaje de la fuente de la puerta es cero, el FET opera en la región de saturación, por lo que el FET se enciende y la corriente fluye desde el drenaje hasta la fuente.
- Y el voltaje positivo entre la puerta y la fuente corta la corriente que pasa a través del FET. Por lo tanto, el FET es un estado de circuito abierto.
Ejemplo de JFET de canal P como conmutador
Al igual que los LED de la unidad JFET de canal N, el circuito LED del interruptor JFET del canal P es el siguiente: La diferencia entre los dos circuitos es la fuente de alimentación del terminal de la puerta.
- La condición de encendido sigue siendo la misma para ambos circuitos con voltaje cero en los terminales de la puerta, de modo que el LED se enciende cuando se activa el FET.
- Una cantidad suficiente de voltaje (en este caso, alrededor de 3-4 voltios) para cambiar el FET al corte detiene el flujo de corriente a través del circuito. Por lo tanto, el LED se apagará. Además, los FET se pueden utilizar para girar circuitos de relés, controladores de motor y otros circuitos de control electrónico.
MOSFET como conmutadores
Otro tipo de FET es el MOSFET, que también es un dispositivo de control de voltaje. Nivel de VGS El punto en el que la corriente de drenaje aumenta o comienza a fluir se denomina voltaje crítico VT. Entonces, si aumentamos la V,GS, la corriente de drenaje también aumenta. Y si aumentas VGS V para mantener elSS Si es constante, la corriente de drenaje alcanzará un nivel de saturación, como es el caso de los JFET.
Los MOSFET funcionan en modo de bloque cuando están en V.GS Está por debajo del nivel de umbral. Por lo tanto, no fluye corriente de drenaje en este modo. Por lo tanto, actúa como un interruptor de APERTURA.
Para una mejor comprensión, considere la siguiente ilustración en la que se conmuta un MOSFET de tipo reforzado de canal N para diferentes voltajes en el terminal de la puerta.
- En la siguiente figura, los terminales de la puerta MOSFET están conectados a V.DD DiddyAsegúrese de que se maximice el voltaje aplicado a los terminales de la puerta. Esto da como resultado una resistencia de canal muy pequeña y permite que fluya la corriente de drenaje máxima. Esto se denomina modo de saturación, en el que el MOSFET se enciende completamente con un interruptor cerrado. En el caso de los MOSFET mejorados con canal P, el potencial de puerta debe ser un valor más negativo para que la fuente se encienda.
- En la zona de corte, VGS El voltaje aplicado es menor que el nivel de voltaje umbral, por lo que la corriente de drenaje es cero. Por lo tanto, el MOSFET está en modo APAGADO, al igual que el interruptor abierto, como se muestra en la figura.
Ejemplos de MOSFET como conmutadores
Consideremos el circuito MOSFET que impulsa el LED como se muestra en la figura. Aquí, los MOSFET de mejora de canal N se utilizan para conmutar LED con un simple interruptor.
- Cuando el interruptor está abierto, no hay voltaje en la puerta para tierra o fuente. Por lo tanto, los MOSFET permanecerán apagados y los LED no se encenderán.
- Cuando se presiona el interruptor para cerrar, se aplica la cantidad adecuada de voltaje (en este caso, 5 V) a los terminales de la puerta. Por lo tanto, el MOSFET se encenderá y el LED comenzará a encenderse.
- En este caso, se trata de una carga resistiva simple, pero para cargas inductivas como motores y relés, se deben usar diodos de rueda libre en toda la carga para proteger los MOSFET del voltaje inducido.
La mayoría de los circuitos utilizan MOSFET como conmutadores sobre JFET debido a las ventajas que proporcionan. Además, los circuitos de conmutación (para operar cargas a frecuencias de conmutación específicas) se pueden usar en JFET y MOSFET para obtener señales PWM, según los requisitos de carga.
Con suerte, con esta información completa proporcionada, podrá comprender cómo conmutar cargas usando FET con condiciones de conmutación y las cifras requeridas. También puedes pedir dudas o ayuda técnica sobre este concepto en la sección de comentarios a continuación.
Anterior – Transistores como interruptores
Siguiente – Transistores Darlington