40 ELECTRICIDAD EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET) Autor: Ing. Raúl Carrillo El FET es un dispositivo activo que opera como una fuente de corriente controlada por voltaje. Los más comunes son los transistores de compuerta aislada llamados MOSFET y los de compuerta de unión llamados JFET. Posee cuatro zonas de operación, óhmica o lineal, saturación, corte y ruptura. Desventajas El Transistor de Efecto de Campo (Field Efect Transistor) es un dispositivo semiconductor cuyo funcionamiento se basa en el control de la corriente por medio de un campo eléctrico. Estos fueron propuestos inicialmente en su versión JFET por W. Shockley en 1952. • De puerta aislada, MOSFET (Metal Oxide - Semiconductor FET). • De puerta de unión, MESFET o bien, JFET ( junction FET). • Alta impedancia de entrada 10 -10 [Ω] • Ideal como etapa de entrada para todo amplificador. • Mejor estabilidad a To que el BJT. • Niveles de ruido más bajo. • Tecnología de fabricación más sencilla. 7 -12 Funcionamiento De acuerdo con el diagrama de la figura 2 a, la compuerta está aislada por FET Puerta Aislada Puerta de Unión MOSFET Enriquecimiento JFET Empobrecimiento Canal N Canal P Canal N D D D G G G S S Figura 1. Tipos de FET G S D G Sustrato p D D D G S S S S S D D G G G MESFET Canal N Canal P Canal P D D n n Ventajas También recibe el nombre de MOSFET de Acumulación, Incremental o Acrecentamiento. El símbolo se muestra en la figura 2 b. Si el sustrato está unido a la fuente, se simplifica de acuerdo a la figura 2 c - d. Tipos de FET Características Generales El FET tiene tres terminales: Fuente (Source), Drenador (Drain) y Compuerta (Gate). Este último es el terminal de control. El voltaje aplicado entre la compuerta y la fuente controlará la corriente entre la fuente y el drenador. Es un dispositivo unipolar, pues, la corriente es transportada por portadores de una polaridad, será canal N si la corriente se debe a e¯, o canal P, si la corriente se debe a h+. EL MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO CANAL N • Respuesta en frecuencia no muy aceptable, debido a su alta capacidad de entrada. • No poseen buena linealidad. • Muy sensibles a descarga s electrostáticas. G G S S S Sustrato a b c d Figura 2. (a) MOSFET canal n. (b) Símbolo. (c) Símbolo, sustrato unido a la fuente. (d) Símbolo abreviado del MOSFET. ELECTROSECTOR | Septiembre 2016 ELECTRICIDAD 41 una película de SiO2 (dióxido de silicio); el transistor se polariza de acuerdo a la figura 3 a. iD D G + v DS + vGS S a n n p D + vDS b Figura 3. Polarización del MOSFET El análisis se realiza de acuerdo con la variación del voltaje en la compuerta y el voltaje vDS. Para vGS = 0, de acuerdo a la figura 4 a se observan dos junturas, sustrato-drenador y sustrato-fuente, donde la primera está polarizada inversa debido a vDS, así iD = 0, por lo tanto se dice que el transistor está en corte. El MOSFET permanecerá en corte para valores de vGS menores al voltaje umbral V T. vG S = 0 iD G S n n D + vDS p en la compuerta, de acuerdo con la figura 4 b, ésta atrae a los e¯ del sustrato ubicado entre los terminales D y S , lo que implica que dichos e¯ se acumulan en la superficie inferior de la compuerta (G), formándose un canal conductor tipo n, produciéndose una corriente iD para vGS > VT . Al aumentar levemente vDS, la corriente iD aumenta de acuerdo a (1), lo cual ocurre mientras vDS < (vGS - VT ). distintos valores de vGS es posible obtener distintas curvas iD - vDS, luego para valores de vGS3 > vGS2 > vGS1 se tendrán las curvas de la figura 6 b. iD [mA] iD = k {2 (vGS - VT ) vDS - v2DS } (1) Esta zona se conoce como zona óhmica o lineal, sin embargo, al aumentar vDS, el canal se empieza a estrechar hasta que se produce el estrangulamiento (pinch-off) como se indica en la figura 4 c. Esto ocurre para valores de vDS = vGS -VT. Dado que se produce un aumento de la resistencia del canal, para un nuevo aumento de vDS, el aumento de iD será pequeño, por lo tanto el FET se encuentra en saturación y su comportamiento estará dado por (2). VT S iD = k (vGS - VT )2 iD G n - - - - -n- D + vDS p b vGS> VT + S iD iD G n n p D + vDS < vGS - VT v DS > v GS - VT vDS> vGS _ TV c Figura 4. (a) vGS = 0. (b) Formación del canal Ohmica Saturación v DS n. (b) Estrangulamiento del canal. Figura 5. Zona óhmica y saturación Si se incrementa vGS, la tensión positiva La curva iD-vGS se indica en la 6 a. Para v GS3 v GS2 v GS1 C orte vDS [V] b (2) Donde k depende de la estructura física del FET. La curva indicada en la figura 5 muestra el comportamiento de la ecuación (1) y (2) para un valor vGS fijo mayor que V T , en función de vDS. [V] vGS iD [mA] a vGS> VT + a Región Saturación iD G S Región Óhmica vGS + Figure 6. (a) Curva iD-vGS. (b) Curva iD-vDS del MOSFET de acumulación. Características del MOSFET de enriquecimiento • No existe IDSS: • Se utilizan para fabricación de circuitos integrados. • Requiere una vGS > 0. • Para canal n, vT > 0 y vGS > 0; para canal p, VT < 0 y vGS < 0: Para vGS > vT ) iD = k (vGS - VT )2, donde k es una constante dependiente del método de fabricación, su dimensión es : [ mA ] V2 Septiembre 2016 | ELECTROSECTOR