TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (Junction Field-Effect Transistor )

INTRODUCCION

El transistor bipolar es la base fundamental de los circuitos electrónicos lineales. Su funcionamiento se basa en dos tipos de cargas: huecos y electrones. para muchas aplicaciones el transistor bipolar es la mejor elección, aunque existen algunas aplicaciones en la que le transistor unipolar seria preferible. La operación de un transistor unipolar depende de un solo tipo de carga, ya sea de huecos o de electrones.

el JFET es un dispositivo en el cual los portadores de corriente (electrones) son inyectados a un terminal ( surtidor, source ) y pasan a otro( drenaje ) a través de un canal semiconductor cuya resistividad depende de una región de estrangulamiento (depletion region) motivada por la acción repelente del campo eléctrico conectado al terminal de control (Compuerta, gate).

Es un componente de tres terminales que se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source), y Drenaje (D, Drain). Según su construcción pueden ser de canal P o de canal N.

El transistor de efecto de campo de unión o JFET

• El transistor de efecto de campo de unión o JFET

1. JFET de canal N2. JFET de canal P

• JFET de canal N La construcción básica del JFET de canal-n se muestra en la figura siguiente Observe que la

mayor parte de la estructura es el material tipo n que forma el canal entre las capas difundidas en material tipo p. El extremo superior del canal tipo n se conecta mediante contacto óhmico a la terminal denominada como drenaje (drain) (D), mientras que el extremo inferior del mismo material se conecta por medio de contacto óhmico a la terminal llamada la fuente (source) (S). Los dos materiales tipo p se encuentran conectados juntos y al mismo tiempo hacia la terminal de compuerta (gate) (Q). Por tanto, esencialmente el drenaje y la fuente se conectan en esencia a los extremos del canal tipo n y la compuerta, a las dos capas del material tipo p. En ausencia de cualquiera de los potenciales aplicados, el JFET tiene dos uniones p-n bajo condiciones sin polarización. El resultado es una región de agotamiento en cada unión, como se ilustra en la figura siguiente, que se parece a la misma región de un diodo bajo condiciones sin polarización. Recuérdese también que una región de agotamiento es aquella región carente de portadores libres y por lo tanto incapaz de permitir la conducción a través de la región.

• JFET de canal P La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que sigmifica que

todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.

TÉCNICAS DE MANUFACTURA. Es un dispositivo de tres terminales y dos junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una corriente de control, mucho menor.

El primer transistor se creó en los laboratorios Bell (Estados Unidos de N.A.) en 1947, partiendo de una oblea de germanio, gracias a los trabajos de William Shockley, John Bardeen, y Walter Brattain, por lo cual recibieron el premio Nobel.

Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET

Transistor de unión de efecto de campo (JFET).

CARACTERISTICAS

• La corriente de drenador se controla mediante tensión (adiferencia de los transistores bipolares donde se controla la

corriente de colector mediante la corriente de base)

• La unión puerta-fuente se polariza en zona inversa y existeun valor límite de UGS a partir del cual el canal se cierra y

deja de pasar corriente de drenador

• Entre drenador y fuente el JFET se comporta como unaresistencia o una fuente de corriente dependiendo de la

tensión UDS.

• Aplicaciones típicas: amplificadores de audio y deradiofrecuencia

TRANSISTORES FET

Diferencias entre el JFET y el BJT

Ventajas y desventajas del JFET

Ventajas: •Son dispositivos sensibles a la tensión con alta impedancia de entrada (107 a 1012 W).Ya que la impedancia de entrada es mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada a un amplificador multietapa.

•Generan un nivel de ruido menor que los BJT.

•Son mas estables con la temperatura que el BJT.

•Se comportan como resistores variables controlados por tensión para valores pequeños de tensión drenaje a fuente.

•Puede ser utilizado como conmutador y como almacenador de carga (Tao de entrada grande T=R.C).

•Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

•Tamaño mucho mas pequeño que los bipolares.

Desventajas: •Exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada.

•Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre.

•Se pueden dañar al manejarlos debido a la electricidad estática.

SIMBOLOS ELECTRONICOS

Símbolo de un JFET Símbolo de un JFET

canal N canal P

DIAGRAMA DE CONSTRUCCION

PRINCIPIO DE OPERACION DEL NJFET

A continuación se explica cómo se controla la corriente en un JFET. Al igual que sucede con los transistores BJT el JFET tiene tres regiones

de operación:

• Región de corte

• Región lineal

• Región de saturación

ECUACION DE Shockley:

Donde:Id: Corriente de fuenteIdss: Corriente máxima del drenaje(Vgs=0V y Vds>lVplVgs=Voltaje puerta-fuente(es el voltaje que controla al FET)Vp=Voltaje de estrangulamientoK: Valores obtenidos en la DataSheet

CURVAS CARACTERISTICAS Son dos las curvas que se manejan habitualmente para caracterizar los transistores JFET. En primer lugar, en la representación de ID frente a VGS, para una VDS dada, se aprecia claramente el paso de la región de corte a la de saturación (Figura 8). En la práctica sólo se opera en el segundo cuadrante de la gráfica, puesto que el primero la VGS positiva hace crecer rápidamente IG.

Característica VGS - ID del transistor NJFET

En la característica VDS - ID del transistor NJFET se observa la diferencia entre las regiones lineal y de saturación (Figura 9). En la región lineal, para una determinada VGS, la corriente crece proporcionalmente a la tensión VDS. Sin embargo, este crecimiento se atenúa hasta llegar a ser nulo: se alcanza el valor de saturación, en donde ID sólo depende de VGS.

Característica VDS - ID del transistor NJFET

CONFIGURACIONES DEL JFET

Como en los transistores bipolares existen tres configuraciones típicas:

•Surtidor común (SC)equivale al EC en los transistores bipolares.

• Drenador común (DC) equivale al CC en los transistores bipolares.

• Puerta común (PC). equivale al BC en los transistores bipolares.

La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la de emisor común en los transistores bipolares.

APLICACIONESAPLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA USOS

Aislador o separador (buffer) Impedancia de entrada alta y de salida baja Uso general, equipo de medida, receptores

Amplificador de RF Bajo ruido Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones

Mezclador Baja distorsión de intermodulación Receptores de FM y TV,equipos para comunicaciones

Amplificador con CAG Facilidad para controlar ganancia Receptores, generadores de señales

Amplificador cascodo Baja capacidad de entrada Instrumentos de medición, equipos de prueba

Troceador Ausencia de deriva Amplificadores de cc, sistemas de control de dirección

Resistor variable por voltaje Se controla por voltajeAmplificadores operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono

Amplificador de baja frecuencia Capacidad pequeña de acoplamiento Audífonos para sordera, transductores inductivos

Oscilador Mínima variación de frecuencia Generadores de frecuencia patrón, receptores

Circuito MOS digital Pequeño tamaño Integración en gran escala, computadores, memorias

PARAMETROS COMERCIALES

Se presenta a continuación algunas de las características de los transistores JFET que ofrecen los fabricantes en las hojas de datos:

IDSS: Es la corriente de drenaje cuando el transistor JFET se encuentra en configuración de fuente común y se cortocircuita la puerta y la fuente (VGS=0). En la práctica marca la máxima intensidad que puede circular por el transistor. Conviene tener en cuenta que los transistores JFET presentan amplias dispersiones en este valor. VP (Pinch-Off Voltage): es la tensión de estrangulamiento del canal. Al igual que IDSS, presenta fuertes dispersiones en su valor. RDS(ON): Es el inverso de la pendiente de la curva ID/VDS en la zona lineal. Este valor se mantiene constante hasta valores de VGD cercanos a la tensión de estrangulamiento. BVDS (Drain-Source Breakdown Voltage): es la tensión de ruptura entre fuente y drenaje. Tensiones más altas que BVDS provocan un fuerte incremento de ID. BVGS (Gate-Source Breakdown Voltage): es la tensión de ruptura de la unión entre la puerta y la fuente, que se encuentra polarizada en inversa. Valores mayores de BVGS provocan una conducción por avalancha de la unión.

POLARIZACION DEUN JFET POLARIZACION DE LOS JFET’s- Polarización de base - Polarización de puerta- Polarización por divisor de tensión -Polarización por divisor de tensión-Polarización de emisor -Polarización de la fuente con dos fuentes de con dos fuentes de alimentación alimentación-Polarización con realimentación -No equivalentede emisor Polarización -Polarización con realimentación -No equivalente-No equivalente -Auto polarización

Cálculo de los parámetros admitancia Para el cálculo de los parámetros yij se van a emplear las expresiones resultantes del modelo estático para la región de saturación.Función f1 =>

Función f2 =>

La representación circuital de este modelo simplificado responde al mismo esquema presentado en la Figura DE ARRIBA.

CONCLUSIONES•Los transistores FET realizan la función de control de la corriente, común a

todos los transistores por ser característica básica, mediante una tensión aplicada en uno de sus terminales.

•Están construidos con una zona semiconductora tipo P o N que une dos de sus tres terminales.

•El comportamiento de los transistores de efecto de campo se caracteriza por sus curvas características en las que se representa la corriente que entra o sale

por el Drenador en función de la tensión aplicada entre éste y la Fuente.•Estos transistores pueden ser empleados en los circuitos en una disposición similar a la de los bipolares, es decir, en fuente común, aunque la primera y la

última son las más utilizadas en la practica.•En época reciente ha aparecido en el mercado una nueva tecnología de

fabricación de transistores MOS que reciben el nombre de VMOS a causa de la estructura geométrica de sus diferentes regiones semiconductoras.

•Se emplean en amplificadores de potencia así como en conmutación, haciendo la función de interruptor, gracias a la baja resistencia interna que

poseen.

<<<<deasWeb grafía::

http://trikitroki.esmartstudent.com/e_p/prac/p11.htm

http://cpi.ing.uc.edu.ve/Electronica/capitulo5/default.htm

http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Transistor_unipolar/JFET.htm