Contenido
Introducción
Gran variedad de ventajas como la alta impedancia de entrada, fabricación simple, operaciones simples, etc. hace que los transistores de efecto de campo (FET) se utilicen popularmente en diferentes aplicaciones, particularmente en sistemas de circuitos integrados. FET son los transistores de segunda generación después de los BJT. Estos pueden usarse como amplificadores en osciloscopios, instrumentos de prueba y medición, voltímetros electrónicos, etc. y también se usan en acciones de conmutación. Analicemos cómo se usa un FET como un interruptor en detalle.
FET y sus regiones de operación
Campo El transistor de efecto es un dispositivo unipolar en el cual la corriente es transportada solo por la mayoría de los portadores (ya sea por azadones o electrones). FET es un dispositivo controlado por voltaje que significa que, al controlar el voltaje entre la puerta y la fuente, la corriente de salida varía. Consideremos N canal JFET para entender las regiones de operación. La operación o características del JFET se dividen en tres regiones diferentes, a saber, región óhmica, de saturación y de corte. El voltaje aplicado al drenaje se denomina VDS (algunas veces también se lo denomina VDD) y el voltaje a la puerta se denomina VGS o VGG.
N-Channel JFET
Modos de funcionamiento de FET
Región Ohmic (VDS & gt; 0 y VDS & lt; VP)
En esta región, la capa de agotamiento del canal es muy pequeña y el FET actúa como resistencia variable.
En esto, el valor de VDS es mayor que cero y menos que VP, por lo que no hay pellizco del canal y la ID actual aumenta. Cuando aumentamos la tensión de la fuente de puerta VGS, la conductancia del canal disminuye y la resistencia aumenta. Por lo tanto, las regiones de agotamiento se diseminarán más y formarán un canal estrecho. La resistencia del canal generalmente cambia de 100 ohm a 10 k ohmios y obviamente controla la tensión. Por lo tanto, el transistor actúa como resistencia controlada por voltaje en esta región.
Región de saturación (VDS & gt; VGS-VP)
Esta región comienza desde el punto donde VDS es mayor que VGS menos VP, aquí VP es el punto crítico-off voltaje. En esta región, la ID de la corriente de drenaje depende completamente de VGS y no de VDS. El FET opera en esta región para amplificar las señales y para las operaciones de conmutación. De la figura se observa que cuando VGS es cero, fluye la máxima ID de corriente. Cuando cambiamos el VGS más negativo, entonces, la corriente de drenaje está cayendo. A un valor particular de VGS, la corriente de drenaje fluye constantemente a través del dispositivo. Por lo tanto, esta región también se denomina región de corriente constante.
Región de límite (VGS & lt; VP)
Esta es la región en la que la ID de la corriente de drenaje es cero y el dispositivo está APAGADO. En esto, la tensión de la fuente de compuerta VGS es menor que la tensión de pellizco VP. Esto significa que el valor de VGS es más negativo que VP. Por lo tanto, el canal se cierra y no permite ningún flujo de corriente a través del dispositivo.
JFET como un interruptor
De la discusión anterior, está claro que el FET se puede usar como un conmutador al operarlo en dos regiones, que son el punto de corte y la región de saturación. Cuando el VGS es cero, el FET opera en la región de saturación y la corriente máxima fluye a través de él. Por lo tanto, es como una condición completamente encendida. De manera similar, cuando el VGS aplicado es más negativo que el voltaje de pinch off, el FET opera en la región de corte y no permite el flujo de corriente a través del dispositivo. Por lo tanto, el FET está en condición completamente desactivada. El FET se puede usar como interruptor en diferentes configuraciones, algunas de ellas se dan a continuación.
FET Usado como interruptor de derivación
Veamos la figura a continuación donde FET está conectado en paralelo con la carga y actúa como un interruptor analógico.
- Cuando el VGS aplicado es cero, el FET se enciende al operar en la región de saturación y su resistencia es muy pequeña de casi 100 ohmios. La tensión de salida en todo el FET es VOUT = Vin * {RDS/(RD + RDS (ON)). Como la resistencia RD es muy grande, la tensión de salida se considera aproximadamente igual a cero.
- Cuando aplicamos la tensión negativa que es igual a la tensión de pellizco en la compuerta, FET funciona 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 como circuito de conmutación paralelo
FET Utilizado como un conmutador de serie
Debajo de la figura muestra otra configuración uración del circuito del interruptor FET. En este circuito, FET actúa como un interruptor de serie. Actúa como un interruptor cerrado si la tensión de control es cero y abre el interruptor si la tensión de control es negativa. Cuando el FET está encendido, la señal de entrada aparecerá en la salida y cuando esté desactivada, la salida será cero.
FET como una serie Switch Circuit
Ejemplo de N-Canal JFET como interruptor
La figura siguiente muestra cómo un JFET de canal N se usa para cambiar el LED. El LED está conectado entre el suministro y el terminal de origen a través de una resistencia. Aquí la resistencia se usa para limitar la corriente a través del LED. Terminal de puerta del transistor conectado a la fuente negativa.
- De la discusión anterior, el voltaje cero en el terminal de puerta hace que la corriente fluya a través del LED porque FET está en modo de saturación. Por lo tanto, el LED se enciende.
- Con un voltaje negativo suficiente en el terminal de puerta (alrededor de 3-4 voltios), JFET pasa al modo de corte para que el LED se apague.
JFET de canal N para cambiar el circuito LED
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P Canal JFET como un interruptor
Hasta ahora hemos discutido sobre N canal JFET como un interruptor. Otro tipo de JFET es un JFET de canal P y el funcionamiento de este FET también es similar al tipo N, pero solo la diferencia es la tensión positiva en el terminal de puerta.
- Cuando la fuente de puerta la tensión es cero, el FET funciona en la región de saturación, por lo que el FET se enciende, lo que a su vez hace que la corriente fluya del drenaje a la fuente.
- Y un voltaje positivo entre la puerta y la fuente hace que se corte el corriente a través del FET. Entonces el FET está en condiciones de circuito abierto.
P Channel JFET como circuito de conmutación
Ejemplo de JFET de canal P como a Switch
Similar al LED JFET con canal N, el circuito LED conmutado JFET de canal P se da a continuación. La diferencia entre los dos circuitos es la fuente de suministro en el terminal de puerta.
- La condición de activación permanece igual para ambos circuitos que es voltaje cero en el terminal de puerta hace que el LED brille como el FET es activo.
- Para cambiar el FET al corte, un voltaje positivo suficiente (alrededor de 3 a 4 voltios en este caso) detiene el flujo de corriente a través del circuito. Por lo tanto, el LED está apagado. También podemos usar FET para activar los circuitos de relé, los controladores de motor y otros circuitos electrónicos de control.
P-Channel JFET para cambiar el LED
MOSFET como interruptor
Otro tipo de FET es un MOSFET que también es un dispositivo controlado por voltaje. El nivel de VGS en el cual la corriente de drenaje aumentará o comenzará a fluir se llama voltaje de umbral VT. Por lo tanto, si aumentamos el VGS, la corriente de drenaje también aumenta. Y si aumentamos el VGS manteniendo el VDS constante, entonces la corriente de drenaje alcanzará un nivel de saturación como en el caso de JFET.
MOSFET opera en el modo de corte cuando VGS está por debajo del nivel de umbral. Por lo tanto, no fluye corriente de drenaje en este modo. Por lo tanto, actúa como interruptor OPEN
Para una mejor comprensión, considere la siguiente figura donde se cambia el tipo MOSFET de mejora de canal N para diferentes voltajes en el terminal de puerta.
- En el siguiente figura, el terminal de compuerta MOSFET está conectado a VDD, por lo que el voltaje aplicado en el terminal de compuerta es máximo. Esto hace que la resistencia del canal se vuelva tan pequeña y permite que fluya la máxima corriente de drenaje. Esto se conoce como modo de saturación y en este modo, el MOSFET se enciende completamente como un interruptor cerrado. Para MOSFET de mejora de canal P, para encender, el potencial de puerta debe ser más negativo con respecto a la fuente.
- En la región de corte, VGS aplicado es menor que el nivel de voltaje de umbral, por lo que la corriente de drenaje es cero. Por lo tanto, el MOSFET está en modo OFF tan solo como el interruptor abierto como se muestra en la figura.
MOSFET como circuito de conmutación
Ejemplo de MOSFET como conmutador
Consideremos el circuito MOSFET que impulsa el LED como se muestra en la figura. Aquí, el MOSFET de mejora de canal N se usa para cambiar el LED con un simple interruptor.
- Cuando el interruptor está en condición abierta causa el voltaje cero en la puerta con respecto a tierra o fuente. Entonces, el MOSFET permanece apagado y el LED no se ilumina.
- Cuando se presiona el interruptor para cerrarlo, se aplica el voltaje positivo apropiado (5 V en este caso) en el terminal de puerta. entonces, el MOSFET está encendido y el LED comenzará a brillar.
- Aquí hay una carga resistiva simple, pero en el caso de cargas inductivas como motores, relés tenemos que usar diodos de rueda libre a través de la carga para proteger el MOSFET contra los voltajes inducidos.
MOSFET para cambiar el LED
La mayoría de los circuitos usan MOSFET como interruptor en comparación con JFET debido a las ventajas que ofrece. También podemos usar el circuito de conmutación (para operar la carga a una frecuencia de conmutación particular) para los JFET y MOSFET para obtener las señales PWM en función de los requisitos de carga. Esperamos que esta información general haya permitido comprender cómo podemos cambiar las cargas utilizando FET con las condiciones de conmutación y las cifras necesarias. También puede escribirnos para cualquier duda o ayuda técnica sobre este concepto en la sección de comentarios a continuación.