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22/09/2013 #1


FETs en zóna óhmica
Hola a todos.

Bueno, tengo una duda respecto a los transistores FET, los cuales poseen un canal de ancho variable, por lo que su resistencia también varía.

Respecto a los MOSFET, la corriente de la gate es muy baja, idealmente 0, cosa que me ayuda.

Necesito saber cómo hacer que un mosfet trabaje en zona ómica (lineal), o sea, corriente NO constante. En lo posible un mosfet canal P, ya que la tensión que lo va a controlar va a ser positiva. Me refiero a fórmulas y valores reales para eso, con hoja de datos del modelo utilizado.

La idea es hacer una "resistencia variable" con tensión... algo así como un potenciómetro, pero controlado electrónicamente, en este caso, por tensión.

Voy a hacer un PWM con un 555; la frecuencia ya la tengo, pero el ancho de pulso tiene que variar electrónicamente. Un monostable sería:



El valor de "R" y de C determina el tiempo en el que la salida está en 1 después del disparo. C prefiero dejarlo invariable (aunque con un varicap se podría modificar eléctricamente, pero no conviene), por lo que la R la pienso reemplazar por un transistor de estos en zóna óhmica, para que me varíe electrónicamente el tiempo de la salida.


Un saludo. Gracias por su tiempo, espero que se haya entendido. Cualquier cosa, pregunten.
22/09/2013 #2

Avatar de chclau

La resistencia en la zona ohmica varia pero tiene valores muy reducidos, del orden de las decenas de miliOhm.

Lo que si, podes poner una resistencia en serie de digamos, 1kOhm, y activarla por PWM para variar su resistencia efectiva. Pero sera una resistencia choppeada, no lineal.
23/09/2013 #3

Avatar de palurdo

Por lo que he entendido vas a hacer un PWM de frecuencia constante y ancho de pulso variable (aunque no necesariamente lineal), para ello necesitas un 555 configurando en astable que será el que genere la frecuencia maestra, y un 555 esclavo que será el monoestable que has posteado cuya duración de temporización dependerá de la velocidad de carga del condensador. Si no requieres que la frecuencia sea constante, con un sólo 555 puedes modular en anchura de pulso, simplemente haciendo un generador astable y usando la entrada 5 Vc del 555 inyectando un voltaje para controlar los puntos de disparo y reset de los comparadores.

En principio, para controlar el ancho de temporización de un monoestable 555 lo primero que se pasa por la cabeza es usar una resistencia electrónicamente variable, vamos, una resistencia controlada por tensión o por corriente. Lo que más suena a eso es un FET funcionando en su zona ohmica. Es una aproximación válida, pero yo no la usaría para esta aplicación, pero sí que la usaría para hacer un amplificador de ganancia programable por ejemplo, aunque otras soluciones también son válidas (un amplificador diferencial en el que puedas controlar la corriente de la fuente de corriente de emisor/source de los transistores actúa como un multiplicador o amplificador de ganancia programable).

Bueno, que me voy del tema... Un FET de enriquecimiento de canal N, para canal P invertir los signos, (como los mosfet de enriquecimiento que todos conocemos) se encuentra en corte con Vgs=0, y no empieza a conducir hasta alcanzar un valor umbral Vt, en el cual el mosfet comienza a conducir en la zona de saturación (¿Como?, ¿y la zona lineal qué?, ok, ya sé que como estoy diciendo algo que va contra la intuición, ya saldrá alguien diciendo que esto no es así, que si lo explico mal, que si pitos, que si flautas, etc, como parece ser costumbre por aquí) La razón por la que se entra en la zona de saturación, es que por lo general tendrás un Vds bastante alto, lo que implica que el canal esté estrangulado funcionando en modo de corriente constante. La anchura del canal depende de Vgs, por lo que si aumentas Vgs bastante por encima de Vt, estarás ensanchando el canal y permitiendo que pase más corriente entre drenador y surtidor, lo que de normal hará que Vds baje. Llega un momento, mientras aumentas Vgs y por lo tanto disminuye Vds, en el cual el canal es tan ancho que ya no se satura en corriente. En ese momento se pasa de la zona de saturación de corriente a la zona ohmica y D-S se comporta como una resistencia controlada por Vgs. Ese momento llega cuando Vds<Vgs-Vt. Si Vds>Vgs-Vt, eso implica que Vdg<Vt y por lo tanto el canal está estrangulado. Pongamos que un mosfet tiene un Vt de 2V. Lo polarizamos con Vgs=5V. Bueno pues cuando Vds sea menor de 5-2=3V el mosfet funcionará en la zona ohmica (cuando mayor Vgs, menor será la resistencia DS). Cuando Vds sea mayor a 3V, entonces funcionará saturado en corriente. De aquí se ven 2 cosas:

-Cuando un MOSFET funciona como aplificador, se usa en la zona de saturación. Primero, porque en esta zona es una fuente de corriente cuya Id sólo depende de Vgs y no de Vds, y porque el rango de Vds en la zona de saturación es mucho mayor para pequeños incrementos de Vgs que la zona ohmica.

-Cuando un MOSFET funciona como interruptor, trabaja en estado de corte/conducción y cuando conduce lo hace en la zona ohmica. Esto es así porque cuando conduce interesa que Vds sea 0, ya que obviamente 0 < Vgs - Vt, porque si no fuera así, Vgs estaría por debajo de Vt y el transistor no conduciría. Cuando Vds se acerca a cero, el fabricante proporciona la Rds(on) para varios valores de Vgs (por ejemplo, para 5V, 10V y 15V), y así te puedes hacer una idea de la resistencia que presenta el transistor en la zona ohmica para distintos valores de Vgs.

De normal, como bien dice chclau, la resistencia será muy baja en la zona ohmica porque los mosfets de conmutación se diseñan para que tengan una transconductancia muy alta (lo que implica una resistencia D-S muy pequeña).

Si quieres hacer una resistencia variable, habría que usar un dispositivo de efecto de campo con una transconductancia mucho menor. Por ejemplo, mosfets de alta frecuencia cuya transconductancia es mucho menor para minimizar las capacidades de puerta, o un jfet. Los JFET y los Mosfet de empobrecimiento funcionan prácticamente igual que los MOSFET de enriquecimiento sólo que conducen con la puerta a 0V respecto a S y el voltaje Vgs de corte obviamente no es 0V sino que es Vp, que es un voltaje negativo. En estos se cumple que Vds < -Vp para que se entre en la zona ohmica. En realidad todo es lo mismo que en los de enriquecimiento solo que la polarización se encuentra Vp voltios desplazada hacia la izquierda (hacia la zona negativa).

Pero habiendo soluciones más baratas yo no usaría lo inmediato que sería sustituir la resistencia de carga por una "resistencia controlable", sino que lo que haría sería variar la forma en la que se carga C. Mediante una resistencia, C se carga de forma exponencial Vc=Vcc*(1-exp(-t/RC)). Si R o C es muy grande, la fórmula se puede aproximar por Vc=Vcc*(t/RC) en valores de Vc<<Vcc. Por lo tanto, una R alta se comportará casi como una fuente de corriente y la curva exponencial tendrá una ascendente casi de rampa. Esto significa que podemos cargar el condensador C con una fuente de corriente constante en lugar de una resistencia alta, de esa forma Vc subirá con forma de rampa. Si colocas una fuente de corriente controlada por corriente en lugar de la resistencia de tu esquema, como por ejemplo un transistor PNP con el emisor a Vcc y el colector al condensador, podrás polarizar entre Vcc y la base del transistor una corriente de base que controlará la corriente Ic y por lo tanto la velocidad a la que se carga el condensador de manera lineal.

24/09/2013 #4

Avatar de ezedemontegrande

Hay una forma de controlar el ancho de pulso de un 555 directamente con tensión. Fijate en la hoja de datos adjunta en el punto 4. Espero te sea de utilidad. Saludos!
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf LM 555 Fairchild.pdf (546,3 KB (Kilobytes), 10 visitas)
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