FET Etapas

eLab, Laboratorio Remoto de Electrónica ITESM, Depto. de Ingeniería Eléctrica

PRÁCTICA PF1

CARACTERÍSTICAS DE VOLTAJE CONTRA CORRIENTE DE TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

OBJETIVOS

Conocer las curvas características de Voltaje contra Corriente de los Transistores de Efecto de Campo (FETs),

Identificar las zonas de operación del Transistor de Efecto de Campo

Medir los parámetros básicos de funcionamiento de los Transistores de Efecto de Campo, y

Establecer la diferencia entre una FET de Canal N y otro de Canal P.

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones de los transistores de efecto de campo son muy similares a las de un transistor bipolar. Aunque el FET presenta ciertas ventajas sobre el BJT que lo hacen más viable para ciertas aplicaciones. Entre estas ventajas están las siguientes:

- El FET es un dispositivo sensible a voltaje con una alta impedancia de entrada, por lo que se utiliza en la etapa de entrada de un amplificador multietapas.

- Los FETs son más estables a cambios en la temperatura que los BJTs.

- Los FETs tienen la capacidad de disipar mayores potencias.

- Dada su alta impedancia de entrada, los FETs suelen utilizarse para almacenar carga. Entre las desventajas que presentan los FETs están las siguientes:

- Presentan una pobre respuesta a la frecuencia.

- Algunas clases de FETs presentan pobre linealidad.

- Los FETs pueden dañarse cuando se manejan manualmente.

Principio de funcionamiento

El Transistor de Efecto de Campo (Field-Effect Transistor) es un dispositivo semiconductor que básicamente basa su funcionamiento en la estrangulación de un canal por la penetración de la zona de carga espacial de las junturas vecinas. Por este motivo, la polarización del mismo es necesariamente en inversa.

El cuerpo de un transistor de efecto de campo de unión (JFET) típico está formado por un pedazo de material semiconductor tipo p ó n, llamado canal de conducción, rodeado en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material semiconductor, formando entre este y el canal una unión P-N.

En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas respectivamente Drenador (D- Drain) y Fuente (S-Source), más una conexión en el collar llamada compuerta (G-Gate).

Modelo de transistor JFET canal N Modelo de transistor JFET canal P

D D

G G

P P

N N

N

P

S

S

Canal N Canal P

Figura 1. a Figura 2. a

D D

G G

S S

Figura 1. b Figura 2. b

Las uniones Gate-Source y la Drain-Gate están polarizadas inversamente de tal forma que no existe otra corriente a traves de la unión PN que la de saturación inversa.

La zona N (en el JFET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión depende de la tensión inversa (VSG).

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

El Transistor de Efecto de Campo puede operar en una de tres zonas de operación posibles; Región Ohmica, Región de Saturación y Región de Corte.

1.- ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS

2.-ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS

3.- ZONA DE CORTE: La intensidad de DRAIN es nula (ID=0).

A diferencia del transistor BJT, los terminales DRAIN y SOURCE del JFET pueden intercambiarse sin que se altere apreciablemente la característica V-I (se trata de un dispositivo simétrico).

La operación de un JFET de CANAL P es complementaria a la de un JFET de CANAL N, lo que significa que todos los voltajes y corrientes son en sentido contrario.

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:

APLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA USOS

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

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

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

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

Interruptor de Estado Solidó Muy alta velocidad de respuesta Circuitos integrados digitales, Memorias, Microprocesadores

Para usar el FET como amplificador es necesario polarizarlo en la región de saturación, de esta manera la única variable que controla la corriente que pasa por el DRAIN es el voltaje de entrada VGS. En esta

región, su característica de voltaje contra corriente puede ser representada por medio de la ecuación de Shockley.

Ecuación de Shockley:

ID = IDSS (1 - VGS/VP)2

Donde: Vp (Voltaje de pinch-off o voltaje de estrangulamiento) es la tensión de compuerta que produce el corte en el JFET.

IDSS (corriente maxima de saturación) es la corriente máxima del DRAIN que circula por el transistor al aumentar VDS (para un Vgs igual a cero).

Bibliografía

Libro de Texto:

• Microelectronics; Circuit Analysis and Design (Chapter 5) Donal A. Neamen, McGraw Hill, 3rd Edition, 2007

Libros de Consulta:

• Electronic Devices (Chapter 3)

Thomas L. Floyd, Prentice Hall, 6th Edition, 2002

• Electronic Devices and Circuits (Chapter 4) Robert T. Paynter, Prentice Hall, 7th Edition, 2006

• Electronic Circuits; Analysis, Simulation, and Design (Chapter 4) Norbert R. Malik, Prentice Hall, 1995

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