Principios de análisis instrumental

Capa de dióxido de silicio a) Sustrato b) Drenaje Vb"s Fuente < E !? o 4 >» 2D Suministros de potencia y reguladores 43 8 12 V 0 s , volts e) VGs • volts 4 FIGURA 2.19 Un MOSFET en modo de enriquecimiento del canal n: a) estructura, b) símbolo, e) característi– cas de desempeño. Transistores de efecto de campo Se han fabricado varios tipos de transistores de efecto de campo (FET, por sus siglas en inglés) que se usan ampliamente en los cir– cuitos integrados. Uno de éstos, el transistor de efecto de campo con compuerta aislada, se creó para sat.isfacer la necesidad de incrementar la resistencia de entrada de los amplificadores. Los transistores representativos de este tipo poseen impedancias de entrada que van de 10 9 a 10 14 D. Este tipo de transistor se conoce mejor como MOSFET, acrónimo de metal oxide semiconductor field-effect transistor, es decir, transistor de efecto de campo semi– conductor con óxido metálico. En la figura 2.19a se ilustran las características estructurales de un MOSFET de canal n. En este caso, se forman dos regiones n aisladas en un sustrato tipo p. Ambas regiones están cubiertas por una fina capa de dióxido de silicio muy aislante, la cual también puede estar revestida con una capa protectora de nitruro de silicio. Se hacen aberturas en las capas de modo que haya contacto eléc– trico entre las dos regiones n. Se forman dos contactos más: uno con el sustrato y el otro con la superficie de la capa aislante. El con– tacto con la capa aislante se denomina compuerta porque el voltaje en este contacto determina la magnitud de la corriente positiva entre el drenaje y la fuente. Observe que la capa aislante del dióxido de silicio entre la terminal de la compuerta y el sustrato explica la alta impedancia de un MOSFET. En ausencia de un voltaje aplicado en la compuerta, ninguna corriente se genera entre el drenaje y la fuente porque una de las dos uniones pn está siempre en polarización inversa sin impor– tar el signo del voltaje aplicado V os· Los dispositivos MOSFET están diseñados para funcionar en modo de enriquecimiento o agotamiento. El primer tipo se ilustra en la figura 2.19a, donde el enriquecimiento de la intensidad de la corriente se origina por la aplicación de un voltaje positivo en la compuerta. Este voltaje positivo induce un canal negativo en el sustrato inmediatamente abajo de la capa de dióxido de silicio que cubre el electrodo de la compuerta. La cantidad de cargas negativas, aquí y en la corriente, se incrementa cuando aumenta el voltaje VGs de la compuerta. La magnitud de este efecto se ilustra en la figura 2.19c. También se pueden encontrar dispositivos MOSFET de enriquecimiento del canal p, en los que las regiones p y n están invertidas con respecto a lo que se muestra en la figura 2.19a. Los dispositivos MOSFET en modo de agotamiento están diseñados para conducir sin voltaje de compuerta y para trans– formarse en no conductores conforme se aplica un voltaje en la compuerta. Un MOSFET de canal n de este tipo es similar en su construcción al transistor que se ilustra en la figura 2.19a, excepto que las dos regiones n están conectadas ahora mediante un angosto canal de semiconductor tipo n. La aplicación de un voltaje negativo en V os repele los electrones hacia afuera del canal y, entonces, disminuye la conducción por dicho canal. Es impor– tante resaltar que se requiere una corriente virtualmente de cero en la compuerta de un dispositivo MOSFET para iniciar la con– ducción entre la fuente y el drenaje. Esta pequeñísima necesidad de potencia contrasta con la alta potencia que requieren los tran– sistores de unión bipolar. Las características del bajo consumo de potencia de los dispositivos de efecto de campo son ideales para los instrumentos portátiles que usan baterías. 2D SUMINISTROS DE POTENCIA Y REGULADORES En general, los instrumentos de laboratorio requieren energía cd para operar amplificadores, computadoras, transductores y otros aparatos. La fuente más adecuada de energía eléctrica es el voltaje de las líneas de 110 V ca, 60Hz que proporcionan las compañías de luz públicas. 8 Como se puede ver en la figura 2.20, las unidades que suministran la energía en los laboratorios aumentan o dismi– nuyen el voltaje del suministro doméstico, rectifican la intensidad de la corriente de modo que tenga una sola polaridad y, para fina– lizar, uniforman la salida para que haya un voltaje de cd casi sin variaciones. La mayor parte de las alimentaciones de energía con– tienen también un regulador de voltaje que conserva el voltaje de salida en un nivel constante deseado. 20.1 Transformadores El voltaje de las líneas de energía de ca aumenta o disminuye si se instala un transformador de potencia como el que se muestra en 8 En Estados Unidos, el voltaje o voltaje de la línea de ca real varía en la mayoría de los lugares de 105 a 125 V. Casi siempre el valor promedio es de 115 V. En Europa, el voltaje de las líneas es nominalmente de 220 V y la frecuencia es de 50 Hz.