El
transistor de efecto de campo FET por sus siglas en ingles Field Efect Transistor son dispositivos similares al
transistor BJT, ya que cuentan con tres terminales, aunque tienen algunas
diferencias significativas.
La
diferencia principal es que el transistor FET es un TRANSISTOR CONTROLADO POR
VOLTAJE mientras que el BJT es controlado por corriente.
La
corriente ID (la que circula por el Drenador) es funcion del voltaje VGS
(Voltaje Compuerta Fuente)
Los transistores FET se conocen en dos tipos,
los de CANAL N y los de CANAL P. El FET es un dispositivo unipolar que depende
de la conducción de electrones (canal N) o huecos (canal P), a diferencia de
los BJT que son bipolares, es decir que dependen de la conducción de electrones
y huecos.
En el transistor FET se estable un campo eléctrico mediante las cargas
presentes permitiendo controlar la trayectoria de conducción del circuito de
salida, sin tener un contacto directo entre las cantidades controladores y
controladas, es decir se comporta como un imán, de ahí su nombre de Efecto de
Campo.
Otra caracteriscas del FET es su gran impedancia de entrada, que va desde uno
hasta cientos varios de megahoms (útil en la amplificación lineal de AC), la variación
de la corriente de salida de los FET es mucho menor que los BJT, por tanto las
ganancias de voltaje en amplificación AC son menores en los FET, también los FET
son más estables a la temperatura y su construcción es de menor tamaño que los
BJT, lo que los hace ideales en la construcción de circuitos integrados, pero
esto hace que sean más delicados en su manejo.
Los transistores FET se dividen en dos categorías
especiales: Los JFET y los MOSFET, que a su vez se dividen en incrementales y
decrementales.
JFET = Juntion Field Effect Transistor
MOSFET = Metal-oxide Semiconductor Field Effect
Transistor
Características de los FET
Para
el caso de un dispositivo canal N, vemos que la mayor parte es de material tipo
n que forma el canal entre las capas integradas de material tipo p. La parte
superior e inferior del material tipo n, se conecta mediante contactos ohmicos
a los terminales llamadas Drenaje y Fuente o Drain y Source, (D) y (S)
respectivamente. El material tipo p (las dos capas) están conectadas entre sí
por contactos ohmicos y también a la terminal llamada Gate o computerta (G)
En
la mayoría de los casos, el diseño del canal es simétrico y cualquiera se puede
utilizar como drenador o fuente, pero en otros es asimetro, por tanto exite un
pin para el drenador y otro para la fuente.
Notemos
que para el símbolo del canal N la fecha apunta hacia adentro y para el canal
P, hacia afuera.
En
el instante en que se aplica un voltaje Vds, los electrones serán atraídos a la
terminal de drenaje con lo que se establece una corriente Id, con la dirección
de la figura, las corrientes de drenaje y fuente (D) y (S) son equivalentes de
acuerdo a la trayectoria del flujo de carga, el cual se encuentra sin
inhibición y limitado solamente por la resistencia que existe en el canal n entre el drenaje y la fuente.
Funcionamiento del FET de unión
Para
operar correctamente un FET de unión o JFET debe tener dos tensiones aplicados
o voltajes de polarización, uno entre el drenador y la fuente (VDS)
y otro entre la compuerta y la fuente (VGS)
La
fuente conecta a VGS se dispone de tal forma que polarice
inversamente la unión PN. En
un JFET de canal N la fuente debe ser positiva con respecto a la compuerta (G)
y negativa con respecto al drenador (D), así mismo en un JFET de canal P, la
fuente debe ser negativa con respecto a la compuerta (G) y positiva con
respecto al drenador (D).
El
efecto de lo anterior, es que se crea una corriente ID, llamada corriente de
drenaje, la cual circula a lo largo del canal entre el drenador y la fuente, lo
que constituye el hecho que el voltaje VGS controla el voltaje
existente entre D y G, como si fuera una resistencia variable.
Para
el JFET de canal N, cuando se aplica una tensión inversa de polarización, se
crea en la frontera de la unión PN una región llamada región de agotamiento, donde se acumulan una gran cantidad de
huecos en el sustrato o canal P y se agotan los electrones en la canal N,
haciendo que la región de agotamiento se forme dentro del canal, aumentando o
disminuyendo su espesor, lo que determina en ultimas la cantidad de electrones
que pueden pasar.
Note
que la región de agotamiento es más amplia en el lado del drenador (D), puesto
que está sometido a una polarización inversa mayor que la fuente (S). Para un
JFET canal N La relación entre el voltaje GS
y la corriente IDS es inversa, puesto que a medida que aumenta el
voltaje VGS la corriente IDS disminuye, por eso el dispositivo presenta una
resistencia de entrada muy alta y a través de la compuerta (G) solo fluye una
corriente muy débil. La corriente ID se puede hacer fluir por cualquier tipo de
carga y obtener así ganancia de voltaje o potencia.
La
resistencia de entrada de un JFET es del orden de los miles de mega ohmios
mientras que la de salida es del orden de los kilo ohmios a mega ohmios.
La
transconductancia (gm) es la relación entre el efecto de la tensión de la
compuerta (VGS) sobre la corriente de drejane (ID),
típicamente se encuentra entre los 4 a 10 mA / V y los MOSFET tienden a ser mas
altos hasta 20 mA / V
Resistor Controlado por
Voltaje
La
región óhmica es conocida como resistencia controlada por voltaje, en esta
región el FET puede ser usado como un resistor variable, cuya resistencia es
controlada por el voltaje aplicado de la compuerta a la fuente. La resistencia
del dispositivo entre el drenaje y la fuente cuando el voltaje VDS < Vp
(donde Vp es el voltaje de estrechamiento, donde las regiones P casi se tocan),
es una función del voltaje aplicado VGS, entre más negativo este
voltaje la curva es mas horizontal. La siguiente ecuación define esta
resistencia, teniendo en cuenta la pendiente de la curva
Donde
Ro es la resistencia cuando VGS = 0 V y Rd es la resistencia a un nivel
particular de VGS
TRANSISTORES
MOSFET
La
palabra MOSFET proviene de las siglas en ingles METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD
EFFECT TRANSISTOR (Transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido
metálico). Es un dispositivo donde la compuerta (G) está aislado eléctricamente
del canal mediante una fina capa de óxido metálico (IGFET o MOS)
Tal
vez la diferencia más importante entre el JFET y el MOSFET es que el primero
solo trabaja con una polaridad en la tensión de la compuerta (+ ò -) mientras
que el MOSFET puede trabajar con dos polaridades o con una sola (+ y -), son
muy inmunes al ruido, consumen poca potencia y son muy flexibles y se pueden
integrar a gran escala, como la famosa familia CMOS de circuitos integrados. Es
importante saber que se dañan muy fácil por descarga electrostática.
En
la imagen se observa un transistor MOSFET de canal N. La compuerta está aislada
eléctricamente mediante una capa de bióxido de silicio (SiO2),
lo que le ofrece, por ejemplo, una alta impedancia de entrada. Observe que el
canal N se forma dentro del sustrato P como en el FET de unión, sin embargo en
el MOSFET, el sustrato está conectado eléctricamente a la fuente y no a la
compuerta. Aunque la compuerta y el canal no forman una unión PN como en el
JFET, la compuerta sigue siendo el terminal que controla la conductividad del
canal. Aunque la compuerta y el canal no forman una unión PN como en el JFET,
la compuerta sigue controlando la conductividad del canal.
El
voltaje entre compuerta y fuente puede ser positivo o negativo y controla la
concentración de portadores de corriente, veamos lo siguiente
VGS
= NEGATIVO Electrones son atraídos al
canal P
Aumenta la
resistencia
Se reduce
ID
Opera en
MODO AGOTAMIENTO
VGS
= POSITIVO Electrones son rechazados por el canal P
Disminuye
la Resistencia
Aumenta ID
Opera en
MODO DE REALCE
Los
valores de Trasconductancia (gm) en los MOSFET son similares a los JFET
No hay comentarios:
Publicar un comentario