Este curso introduce al alumno a la electrónica y los Arduinos, comenzando desde lo más básico de un circuito eléctrico y finalizando con el diseño de circuitos de baja complejidad empleando dispositivos electrónicos programables. Durante el curso los alumnos aprenderán los fundamentos básicos de la electricidad y de la electrónica, conocerán los diferentes bloques empleados en el diseño de un circuito electrónico, aprenderán las bases del diseño de circuitos analógicos y digitales, y serán introducidos a la programación de estos últimos empleando la plataforma Arduino. El curso apunta a estudiante de último año de educación escolar y primer año de educación universitaria, o cualquier otro alumno con suficiente motivación como para llevar a cabo sus propios experimentos y seguir aprendiendo en el futuro. Si bien no es un requisito esencial, los alumnos que tengan nociones de cálculo diferencial e integral podrán entender mejor algunos tópicos específicos, que no son estrictamente necesarios para concluir el curso. El curso incluye demostraciones de dispositivos electromecánicos sencillos controlados mediante un Arduino. Cada circuito demostrativo lleva asociado un diagrama de conexiones y un programa, ambos debidamente explicados, para facilitar que sean replicados por los alumnos empleando la plataforma Arduino.
Transistores MOS
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Del curso dictado por Pontificia Universidad Católica de Chile
Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos
1444 calificaciones
Pontificia Universidad Católica de Chile
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De la lección
Circuitos electrónicos
Este módulo es una introducción al análisis de circuitos, con una rápida pincelada sobre diversos dispositivos electrónicos empleados en circuitos de acondicionamiento de señales y en el manejo de actuadores.
Conoce a los instructores
Angel AbuslemeProfesor Asociado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Cristobal AlessandriEstudiante de Doctorado
Departamento de Ingeniería Eléctrica
[AUDIO EN
BLANCO] A continuación, seguimos en el módulo 3.
Lección 4, clase 2, transistores MOS.
No está de más contarles que esta
es una introducción a la introducción a los transistores.
Solo por darles un ejemplo,
lo típico es que haya del orden del orden de 3 cursos
donde se habla mucho de transistores en una universidad.
Por lo menos 3 cursos completos dedicados a esto.
Esto es una clase de 5 minutos.
Es solo una introducción muy somera al tema.
El MOSFET, o transistor de efecto de campo,
es un dispositivo que tiene 3 terminales, compuerta, dren y fuente.
Compuerta G, dren con D y fuente por S.
La corriente entre dren y fuente, este es el símbolo,
la corriente entre dren y fuente depende del voltaje entre compuerta y fuente.
Entonces, este voltaje controla esta corriente.
Entonces, el transistor es una especie de válvula de corriente,
que es capaz de controlar la corriente en función de un voltaje.
Así es como se ve un transistor discreto que uno puede comprar en una
tienda electrónica.
Con este transistor uno puede hacer amplificadores o conmutadores.
Esta es la estructura del MOSFET.
No sé si vale mucho la pena entrar en detalle aquí.
El MOSFET tiene una longitud de canal L, tiene un ancho de canal
W, tiene como dije, 3 terminales, hay un cuarto del que no vamos a hablar mucho.
Fuente, compuerta y dren.
Y los portadores de carga circulan entre dren y fuente en
función de un voltaje que aparece entre compuerta y fuente.
El MOSFET tiene 3 regiones de operación.
La región de corte, la región activa y la región de tríodo.
El corte del MOSFET no deja pasar corriente,
se comporta como un circuito abierto.
En tríodo, el MOSFET deja pasar mucha corriente.
Se comporta como una especie de resistencia pequeña.
Y en región activa, el MOSFET opera más o menos como una fuente de corriente
controlada por voltaje y eso nos permite hacer amplificadores.
El modelo matemático del MOSFET es relativamente complicado.
De hecho, los programas de simulación requieren miles, miles de parámetros
realmente para reproducir de manera fidedigna lo que ocurre con un transistor.
Entonces, vamos a ver un modelo muy sencillo.
Un modelo muy sencillo que para un tipo de transistor MOSFET, hay 2 distintos tipos.
Están los NMOS y los PMOS, son complementarios.
Nosotros vamos a hablar primero del NMOS.
En el caso del NMOS, si el voltaje entre compuerta y fuente VGS es menor que un
cierto voltaje umbral V sub t, estamos en región de corte.
Si el voltaje VGS es mayor que Vt, podemos estar en región activa
o en región de tríodo, de acuerdo a lo que dice aquí, activa o tríodo.
Si VGS es mayor que Vt y VDS es mayor que VGS menos Vt, estamos en región activa.
Donde la corriente es I sub d, la corriente del transistor es 1/2 por
una serie de parámetros, mu es la movilidad de los portadores de carga,
Cox, que es la capacitancia por unidad de área, que es el de la compuerta, por
W que es el alto del transistor partido por L, que es el largo del transistor,
por VGS menos Vt al cuadrado, y esta ecuación es una aproximación.
Si estamos con VGS mayor que Vt, pero tenemos un VDS pequeño,
menor que VGS menos Vt, estamos en región de triodo.
En ese caso, la corriente I sub d es mu,
Cox, W partido por L, por VGS menos Vt,
VDS menos VDScuadrado, partido por 2.
Y nuevamente, esta ecuación es una buena aproximación.
Las curvas del MOSFET aparecen en esta lámina, en esta figura.
Son curvas de Isub d versus VDS.
Vemos que son curvas en que hay una región de tríodo y una región activa.
En esta región activa, la corriente es más o menos constante.
Por lo tanto, en esta región el transistor opera como una fuente de corriente
y en esta otra región, el transistor opera como una resistencia pequeña.
Existen, como decía, NMOS y PMOS.
Y la combinación de ambos en un mismo circuito,
nos permite tener tecnología CMOS.
Tecnología CMOS es la combinación de NMOS y PMOS.
Las ecuaciones del PMOS son las mismas que las ecuaciones del NMOS, con la diferencia
que todos los valores tienen que ser considerados positivos solamente.
Entonces, aplicamos valor absoluto aquí y las ecuaciones son las mismas.
Los voltajes se invierten,
las corrientes se invierten, pero las ecuaciones se mantienen.
Así que aplicamos el valor absoluto.
Es posible, como dije antes, utilizar un MOSFET como amplificador
y es posible utilizar un MOSFET como conmutador.
Para usarlo como amplificador, se requiere configurar de una cierta forma.
Vamos a ver algunos ejemplos.
Como amplificador, permite aumentar la amplitud de un voltaje en una corriente.
Existen muchas configuraciones y variantes posibles.
Basadas en 3, principalmente.
Nosotros vamos a mirar estas dos, esta ni siquiera la vamos a mirar.
Este es el amplificador de fuente común con degeneración de fuente,
que es una de las configuraciones más típicas de amplificadores CMOS.
Una ecuación muy aproximada que nos indica la ganancia de voltaje
de este amplificador que es Vo partido por Vi igual menos RD partido por RS.
Si ustedes ven este circuito en algún esquemático,
que bajen de internet o lean de algún libro,
pueden suponer con cierta seguridad de que esta es la ecuación para la ganancia.
La impedancia de entrada en este caso es aproximadamente paralelo entre RB1 y RB2
y la impedancia de salida va a ser aproximadamente RD.
[AUDIO EN BLANCO] Y con esto,
ustedes pueden amplificar el voltaje usando simplemente un transistor.
Existe otro amplificador,
que es el amplificador de dren común, que es un buen buffer de voltaje.
Si ustedes aplican un voltaje aquí, aquí va a aparecer un voltaje Vgs
y el voltaje de salida va a ser aproximadamente igual a V sub i menos Vgs,
donde Vgs es más o menos constante.
Entonces, si ven este circuito en algún libro,
ya saben que es un buen buffer de voltaje.
Podemos usar también el MOSFET como interruptor.
El MOSFET puede operar como un interruptor controlado por voltaje a gran velocidad
usando codificación PWM, que fue vista en mi modulo anterior.
¿Qué hacemos?
Simplemente conectamos un microcontrolador aquí.
Este microcontrolador puede estar generando PWM a su salida
y esa PWM permite encender y apagar rápidamente este transistor.
De manera que cuando aquí haya un on, el motor conduzca y el transistor conduzca
y este circuito que es un motor, se encienda.
Cuando este está en 0, este transistor desaparece y el motor se apaga.
Entonces, estamos encendiendo y apagando rápidamente este motor.
Con eso podemos controlar la velocidad.
Entonces, este transistor está siendo usado como un switch.
En la práctica, existen MOSFETS que uno puede comprar en casas de electrónica.
El típico que venden en Chile es el 2N7000, que se ve de esta forma.
Funciona para señales pequeñas y aplicaciones de baja potencia.
Existen otros que sirven como MOSFETS de potencia.
Es importante mencionar que los MOSFETS son circuitos que son muy sensibles a la
estática y si tenemos electricidad estática en el cuerpo,
podemos quemar un MOSFET fácilmente.
Entonces, lo que tenemos que hacer antes de manipular cualquier
transistor de efecto de campo es descargarnos,
por ejemplo, tocando algún pedazo metálico o grande.
Como por ejemplo, el marco de una ventana o
el marco de una puerta que sea metálica,
o por ejemplo, las patas de una silla que sean metálicas.
Con eso nos descargamos y evitamos quemar el transistor.
Y con eso concluye esta clase.
Muchas gracias.
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