El transistor FET

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ENTREGA 1
El transistor FET
Elaborado por Lic. Prof. Edgardo Faletti
Introducción
El estudio de la electrónica continúa con
el conocimiento de los transistores JFET.
Para el caso de los transistores de efecto de campo más conocidos como JFET
la relación entre las variables de entrada
y salida es no lineal debido a la ecuación
de Shockley.
Para el cálculo de estos se usa el método
matemático, además también se utiliza el
método gráfico el cual es el más utilizado.
Destacando que la ecuación mencionada anteriormente es la misma para todas las configuraciones de red del JFET
siempre y cuando el dispositivo se encuentre en la región activa. La red define el nivel de corriente y voltaje asociado con el punto de operación mediante su propio conjunto de ecuaciones.
Este tipo de transistor se lo puede configurar de diferentes formas como son polarización con dos fuentes, autopolarización;
con resistencia de source y sin ella, y polarización con dos fuentes. Además estos
transistores FET existen de dos tipos que
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son de tipo n y p, que en su simbología
se lo reconoce por el signo de la flecha.
de JFET: de “canal N” y “de canal P”.
Objetivos
Al comparar el JFET con el TBJ se aprecia que el drenaje (D) es análogo al colector, en tanto que el surtidor (S) es análogo al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G), es análogo a la base.
Diseñar, comprobar, simular y calcular el
funcionamiento de los siguientes circuitos de polarización con el transistor FET.
a.Polarización con dos fuentes
b.Auto polarización:
c.Polarización con divisor de tensión
d.Polarización con fuente doble
El transistor FET
El JFET es un dispositivo unipolar, ya que
en su funcionamiento sólo intervienen los
portadores mayoritarios. Existen 2 tipos
Símbolo de un FET de canal N
La estructura física de un JFET (transistor de efecto campo de unión) consiste
en un canal de semiconductor tipo n o p
dependiendo del tipo de JFET, con contactos óhmicos (no rectificadores) en cada extremo, llamados FUENTE y DRENADOR. A los lados del canal existen dos
regiones de material semiconductor de
Símbolo de un FET de canal P
Sumidero
Puerta
Sumidero
Puerta
Fuente
Figura 1. Símbolos de los transistores JFET, canal N y canal P
Fuente
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diferente tipo al canal, conectados entre sí, formando el terminal de PUERTA.
 En el caso del JFET de canal N, la unión
puerta – canal, se encuentra polarizada en inversa, por lo que prácticamente no entra ninguna corriente a través
del terminal de la puerta.
El JFET de canal p, tiene una estructura
inversa a la de canal n; siendo por tanto necesaria su polarización de puerta
también inversa respecto al de canal n.
 Los JFET se utilizan preferiblemente
a los MOSFET en circuitos discretos.
 En el símbolo del dispositivo, la flecha
indica el sentido de polarización directa de la unión pn.
Principio de operación del JFET
(de canal N)
En la unión pn, al polarizar en inversa la
puerta y el canal, una capa del canal adyacente a la puerta se convierte en no
conductora. A esta capa se la denomina zona de carga espacial o deplexión.
 Cuanto mayor es la polarización inversa, más gruesa se hace la zona de deplexión; cuando la zona no conducto-
P
G
P
D
N
P
G
S
0 > vGS > VIO
P
vGS < VIO
S
D
P
D
En funcionamiento normal del JFET canal n, D es positivo respecto a S.
La corriente va de D a S a través del canal.
Como la resistencia del canal depende
de la tensión GS, la corriente de drenador se controla por dicha tensión.
Zona lineal
Si en la estructura del transistor de canal
n se aplica una tensión VDS mayor que
cero, aparecerá una corriente circulando en el sentido del drenaje al surtidor,
corriente que llamaremos ID. El valor de
dicha corriente estará limitado por la resistencia del canal N de conducción. En
este caso pueden distinguirse dos situaciones, según sea VDS grande o pequeña en comparación con VDS.
Valores pequeños de voltaje VDS
La siguiente figura muestra la situación
cuando se polariza la unión GS una tensión negativa, mientras que se aplica una
tensión menor entre D y S.
Por la terminal de puerta (G) no circula más que la corriente de fuga del diodo GS, que en una primera aproximación podemos considerar despreciable.
La corriente ID presenta una doble dependencia:
 La corriente ID es directamente pro-
porcional al valor de VDS.
 La anchura del canal es proporcional a
la diferencia entre VGS y VP. Como ID
está limitada por la resistencia del canal, cuanto mayor sea VGS - VP, mayor será la anchura del canal y mayor
la corriente obtenida.
S
P
G
Figura 2. Estados del JFET canal N
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ra ocupa toda la anchura del canal, se
llega al corte del canal. A la tensión necesaria para que la zona de deplexión
ocupe todo el canal se le llama tensión puerta-fuente de corte (VGSoff o
Vto). Esta tensión es negativa en los
JFET de canal n.
Los dos puntos anteriores se recogen en la
siguiente expresión: ID = ( VGS - VP ) VDS.
Por lo tanto en la región lineal obtenemos una corriente directamente proporcional a VGS y VDS.
Valores altos de VDS
Para valores altos de VDS comparables
y superiores a VGS, la situación cambia
con respecto al caso anterior. La resistencia del canal se convierte en no lineal, y el
JFet pierde su comportamiento óhmico.
Cuando se aplica un voltaje VDS al canal
de 5 volts por ejemplo, éste se distribuye
a lo largo del canal, es decir, en las proximidades del terminal D, la tensión será de
5 volts, pero a medio camino circulante la
corriente habrá reducido su potencial a
la mitad (2,5 V), y en el terminal S el voltaje será nulo. Por otra parte, si VGS es
negativo (-2 V, por ejemplo), la tensión se
distribuirá uniformemente a lo largo de la
zona al no existir ninguna corriente.
En las proximidades del terminal S la tensión inversa aplicada es de 2 V, que corresponde con la VGS = -2 V. Sin embargo, conforme nos acercamos a D esta tensión aumenta: en la mitad del canal es de 4.5 V y en D alcanza 7 V. La
polarización inversa aplicada al canal no
es constante por lo que la anchura de
la zona de depleción tampoco lo será.
Cuando VDS es pequeña, esta diferencia de anchuras no afecta a la conducción en el canal, pero cuando aumenta,
la variación en la sección de conducción
hace que la corriente de drenaje sea una
función no lineal de VDS y que disminuya con respecto a la obtenida sin tener
en cuenta este efecto.
Continuará...
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