🔥Ejercicios resueltos de Transistores MOSFET en cd - ejercicio resuelto 1

Summary

Este vídeo presenta un diseño de circuito con un transistor MOSFET para operar a una corriente de 0.4 mA y un voltaje de 1 V. Se explica cómo calcular los valores de resistencia y voltaje desconocidos, identificando que el transistor funciona en la zona de saturación. Se resalta la importancia de la tensión de puerta y el efecto de modulación de la longitud del canal, proporcionando una guía paso a paso para entender y diseñar el circuito MOSFET.

Takeaways

• 😀 El vídeo trata sobre el diseño de un circuito con un transistor MOSFET.
• 🔬 Se especifica que el transistor debe operar con una corriente de 0.4 mA y un voltaje de dren de 1V.
• 📏 El transistor es de tipo NMOS, con una tensión umbral (Vth) de 2V.
• ⚖️ El parámetro 'μnCox' es de 20 microAmperes por voltio cuadrado, con un largo de canal de 10 micrómetros y un ancho de 400 micrómetros.
• 🛠️ Lambda (λ), que representa el efecto de modulación de la longitud del canal, es 0 para este transistor.
• 🔋 Se tiene un voltaje de fuente (Vdd) de 5V y un voltaje de compuerta (Vgs) de 0V, ya que está conectado a tierra.
• 🧮 Se calcula la resistencia de fuente (Rd) como 10 kiloohmios usando la ley de Ohm y los datos proporcionados.
• 🔍 Se determina que el transistor opera en la zona de saturación, ya que Vds es mayor o igual a Vgs - Vth.
• 🔢 Se resuelven dos posibles valores para Vgs, siendo el correcto el que permite la existencia de corriente de dren (0.4 mA).
• 🔌 Se calcula la resistencia de fuente (Rs) como 5 kiloohmios utilizando la corriente y el voltaje dados.

Q & A

¿Qué tipo de circuito se discute en el vídeo?

El vídeo trata sobre circuitos de corriente directa (DC) utilizando transistores MOSFET.

¿Cuál es la corriente deseada que debe manejar el transistor MOSFET en el diseño del circuito?

El transistor MOSFET debe manejar una corriente de 0.4 mA.

¿Cuál es el voltaje de dren (Vds) especificado para el transistor en el ejercicio?

El voltaje de dren (Vds) especificado es de 1 voltio.

¿Cuál es el valor de la tensión de puerta umbral (Vth) para el transistor MOSFET utilizado?

La tensión de puerta umbral (Vth) es de 2 volts.

¿Cuál es la relación de corriente de dren a corriente de puerta (μnCox) para el transistor MOSFET?

La relación de corriente de dren a corriente de puerta (μnCox) es de 20 micro amperios por voltio cuadrado.

¿Cuál es el largo del canal del transistor MOSFET?

El largo del canal del transistor MOSFET es de 10 micrómetros.

¿Cuál es el ancho del canal del transistor MOSFET?

El ancho del canal del transistor MOSFET es de 400 micrómetros.

¿Qué significa el parámetro lambda en el contexto del transistor MOSFET?

El parámetro lambda representa el efecto de la modulación de la longitud del canal en el transistor MOSFET, y en este caso específico, su valor es 0.

¿Cómo se determina si el transistor MOSFET está trabajando en la zona de saturación o en la zona del triodo?

El transistor MOSFET está en la zona de saturación si Vds es mayor o igual a Vgs menos 2V, y en la zona del triodo si Vds es menor que Vgs menos 2V.

¿Cuál es la resistencia calculada para el dren a fuente (Rds) en el diseño del circuito?

La resistencia calculada para el dren a fuente (Rds) es de 10 kilo ohms.

¿Cuál es el voltaje de fuente (Vbs) necesario para que el transistor MOSFET funcione correctamente según el diseño?

El voltaje de fuente (Vbs) necesario es de -3 volts.

¿Cuál es la resistencia calculada para el segmento fuente a suelo (Rs) en el diseño del circuito?

La resistencia calculada para el segmento fuente a suelo (Rs) es de 5 kilo ohms.

Outlines

00:00

🔬 Diseño de Circuito con MOSFET

En este primer párrafo, se aborda el diseño de un circuito utilizando un transistor MOSFET. Se menciona que el transistor debe operar con una corriente de 0.4 mA y un voltaje de 1 V. Se describen las características del MOSFET, incluyendo la umbral de atención de 2 V, el valor de mn por xerox de 20 microamperios sobre voltio cuadrado, y las dimensiones del canal. Se calcula el valor de la resistencia de carga (rd) utilizando la ley de Ohm, y se determina que el transistor opera en la zona de saturación. Finalmente, se calculan dos posibles valores para la tensión de puerta (Vgs), siendo uno de ellos inviable debido a que no permitiría la corriente de drenó en el transistor.

05:01

🔍 Análisis de la Zona de Operación del Transistor

El segundo párrafo se centra en determinar la zona de operación del transistor MOSFET. Se analiza si el transistor está en la zona de saturación o en la de tripto, basándose en la relación entre Vds y Vgs. Se concluye que, para que exista corriente de drenó, Vgs debe ser mayor que Vt. Se descarta la opción de Vgs ser igual a 1 V, ya que no permitiría la corriente, y se confirma que Vgs debe ser de 2 V para que el transistor funcione correctamente. Se calcula el valor de la resistencia de fuente (rs) utilizando la ecuación de corriente para el transistor en saturación y se determina que es de 5 kilómetros. Con todos los parámetros calculados, se completa el diseño del circuito.

Keywords

💡Circuitos en corriente directa (DC)

Los circuitos en corriente directa son aquellos que utilizan una corriente eléctrica que fluye en una sola dirección. En el vídeo, se menciona el diseño de un circuito con un transistor MOSFET para operar con una corriente específica, lo que indica que el tema principal del vídeo es la configuración y el funcionamiento de circuitos electrónicos de corriente directa.

💡Transistor MOSFET

El transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) es un componente半导体 que controla la corriente en un canal半导体利用电场效应. En el guion, se describe cómo diseñar un circuito con un MOSFET para que opere con una corriente de 0.4 mA, lo que muestra su importancia en la creación de circuitos electrónicos.

💡Corriente de trén (Id)

La corriente de trén (Id) se refiere a la corriente que fluye entre el dren y el fuente de un transistor MOSFET. En el vídeo, se especifica que el transistor debe operar con una corriente de trén de 0.4 mA, lo cual es un parámetro crítico para el diseño del circuito.

💡Voltaje de dren (Vd)

El voltaje de dren (Vd) es la diferencia de voltaje entre el dren y el fuente en un transistor MOSFET. El guion menciona que el voltaje de dren debe ser de 1 voltio, lo que es un criterio para el funcionamiento del transistor en el circuito diseñado.

💡Umbral de atención (Vth)

El umbral de atención (Vth) es el voltaje mínimo necesario para iniciar la conducción en un transistor MOSFET. En el vídeo, se indica que este valor es de 2 volts, lo que es crucial para determinar la configuración del voltaje de la compuerta (Vgs) para el transistor.

💡Mn por W/L (Proporcionalidad a la geometría del canal)

Mn por W/L es una medida de la eficiencia de un transistor MOSFET y se relaciona con su capacidad para controlar la corriente. En el guion, se menciona que Mn por W/L es igual a 20 micro amperios por voltio cuadrado, lo que indica cómo se calcula la corriente de trén en función de la geometría del canal del transistor.

💡Efecto de modulación de la longitud del canal (λ)

El efecto de modulación de la longitud del canal (λ) es un factor que afecta el comportamiento de un transistor MOSFET en su región de saturación. En el guion, se menciona que λ es 0 para el transistor en cuestión, lo que simplifica las ecuaciones de diseño del circuito.

💡Región de saturación

La región de saturación es un modo de operación de un transistor MOSFET donde la corriente de trén no aumenta más a medida que se aumenta el voltaje de la compuerta. En el vídeo, se determina que el transistor opera en esta región, lo que es importante para el diseño y análisis del circuito.

💡Resistencia de fuente-dren (Rds)

La resistencia de fuente-dren (Rds) es la resistencia entre el fuente y el dren de un transistor MOSFET en su región de saturación. En el guion, se calcula esta resistencia para determinar la corriente que fluye a través del transistor, lo cual es esencial para el diseño del circuito.

💡Ley de Ohm

La ley de Ohm es una ley fundamental de la electrónica que establece que la corriente a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje y inversamente proporcional a la resistencia. En el vídeo, se aplica esta ley para calcular la resistencia de fuente-dren (Rds) y la resistencia de la fuente (Rs), lo que es crucial para el funcionamiento del circuito.

Highlights

Diseñar un circuito con un transistor MOSFET para operar con una corriente de 0.4 mA y un voltaje de dren de 1V.

El transistor es de tipo NMOS con una tensión umbral (Vth) de 2V.

La constante de mobilidad (μnCox) es de 20 microAmperes por voltio cuadrado.

El largo del canal es de 10 micrómetros y el ancho del canal es de 400 micrómetros.

El efecto de modulación de la longitud del canal (λ) es de 0 para este transistor.

El voltaje de fuente (Vdd) es de 5V y el voltaje de la compuerta (Vgs) es de 0V.

La corriente de dren (Id) se calcula usando la ley de Ohm y la tensión de dren (Vds).

La corriente entre el gate y el resto del transistor no fluye debido a la presencia de un dielétrico.

La resistencia de fuente (Rd) se calcula con la fórmula Vdd - Vds / Id.

La resistencia de fuente (Rd) se determina como 10 kiloohmios.

El transistor opera en la zona de saturación si Vds es mayor o igual a Vgs - Vth + λVds.

La corriente de dren en la zona de saturación se calcula con la fórmula (μnCox * (W/L) * (Vgs - Vth)^2).

Se identifican dos posibles valores para Vgs: 1V y 3V, siendo el segundo el viable para la operación del transistor.

El voltaje de fuente (Vbs) se calcula como Vgs - Vds, resultando en -3V para Vgs de 3V.

La resistencia de fuente (Rs) se calcula con la fórmula Vbs / Id, resultando en 5 kiloohmios.

El diseño del circuito se completa con la identificación de todos los parámetros desconocidos.

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Transcripts

[Música]

en este vídeo vamos a ver algunos

ejemplos de circuitos en corriente

directa con nuestras historias mosfets

bueno en ejercicio aquí nos pide que

diseñamos un circuito con el transistor

mosfet de esta figura de modo que el

transistor opere con una corriente de

tren o de 0.4 mil anders un voltaje de

dren o de un volt donde este transistor

es un transistor de tipo demos vemos que

la atención umbral en va a ser de 2

volts y mn por xerox es igual a 20 micro

amper sobre bolt cuadrado donde el largo

del canal es de 10 micrómetros y el

ancho del canal es de 400 micrómetros

esta lambda significa el efecto de la

modulación de la longitud del canal y

este parámetro en específico va a valer

0 entonces tenemos aquí nuestro

transistor mosfet y vemos que para que

todo esté configurado ya tenemos el

valor

y vd que nos dice el problema que es de

cinco bolsas igual tenemos el valor de

bs s que es igual a menos cinco tenemos

el voltaje del tren o que es de un volt

y lo ponemos acá

nos podemos dar cuenta que el voltaje de

la compuerta va a ser de 0 voltios

puesto que aquí está conectado

directamente con la tierra entonces

podemos decir que mg es igual a 0 bolsa

entonces nos faltaría calcular el

voltaje

de la fuente o bs que no lo sabemos e

igualmente el valor de rd y el valor de

rs estos tres valores en específico

nosotros no lo sabemos y los queremos

calcular bueno primero para obtener el

valor de rd podemos ver que aplicando la

ley d hont tenemos que el voltaje vdd

menos

el voltaje de dre no

sobre la resistencia a rd

va a ser igual a la corriente que pasa

en este caso va a ser la id

aquí nos podemos dar cuenta que entre el

gate y el resto del transistor tenemos

una capa de óxido que es un eléctrico

para evitar que pase la corriente y ve

hacia esta parte porque tenemos un

eléctrico entonces la corriente va a

seguir su camino y va a seguir hasta la

fuente entonces la idea va a pasar

idéntica acá bueno entonces para obtener

el valor de la rb

si nosotros despejamos

vemos que el valor del bede es de 5

volts el voltaje del dren o que no los

da el ejercicio vale un volt sobre la

corriente del dren o la corriente del

dren o que es de 0.4 milán persas

haciendo las operaciones tenemos que el

valor de la resistencia de brno

es de 10 kilos

ahora de estos tres parámetros nada más

nos faltaría calcular el valor de rs y

el valor de bs ahora vamos a determinar

en qué zona o en qué región está

trabajando este transistor en específico

hay dos opciones donde bds es mayor o

igual a bgs menos 20 en este caso el

transistor trabajaría en la zona de

saturación y ahora si el caso fuera de

bds sea menor que bgs menos 20 aquí

estaríamos trabajando en la región del

trío pto

entonces bds es igual a bedi menos bs y

bg ese desigual la vejez menos bs como

tenemos bs de los dos lados lo podemos

eliminar entonces el voltaje del dren lo

que nos da el ejercicio este un bot el

bg el bg es de 0 volts - la tensión

dt que es de 2 wells entonces nos

podemos dar cuenta que el 1 es mayor

al menos dos entonces bds va a ser mayor

o igual a vejez

vete y por lo tanto nosotros estamos

trabajando con esta ecuación que estamos

trabajando en la zona de saturación como

nosotros estamos trabajando en

saturación con este transistor la

ecuación para su corriente del dren o

ósea y me va a ser igual

a esto entonces sabemos que la idea va a

ser 0.4 william pérez

la mn por xerox va a ser 20 micro

amperios

wv el es400 sobre 10

todo esto multiplicando por bcs - vete

el b te va a valer 2 bolsas

bueno simplificando vamos a tener dos

posibles valores de bgc el primero

es de uno y el segundo es de tres y

bueno como sabemos cuál de estos dos

valores de bgc va a ser el correcto para

que siquiera exista una corriente del

dren o en un transistor mosfet

necesitamos forzosamente que el voltaje

de bg s del mismo transistor sea mayor

al bt

entonces podemos ver que en este caso

donde bgs es igual a 1 va a ser menor al

20 y en este otro caso va a ser mayor al

20 en este caso cuando tenemos que ver

que ese 1 es igual a un bolt en este

caso ni siquiera va a existir la

corriente pero en este otro caso donde

bgs es mayor al 20 que es de 2 volts en

este caso sí existe corriente entonces

por lo tanto en este caso no tiene

sentido físico por lo tanto el único wgc

que es viable es este el wgc 2

y bueno ahora ya sabemos el valor de bgc

mg ese va a ser igual a 3 volts entonces

vejez es igual a mg menos bs

como sabemos que nuestro eje vale 0

volts entonces lo eliminamos y bs es

igual a menos 3 bolsa

ahora aplicando la ley de ohm tenemos

que el voltaje ms menos el voltaje bcs

sobre la resistencia de rs va a ser

igual a la corriente y de que pasa por

la resistencia

entonces nuestra resistencia r s va a

ser igual

5 kilos

entonces al encontrar todos los

parámetros que no sabíamos ya terminamos

de diseñar a este circuito

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