Introducción a los Transistores de Efecto de Campo en general. Se describe el funcionamiento del JFET (Junction Field Effect Transistor)

1. Electrónica
Analógica
Transistores de Efecto de
Campo (FETS)

2. Introducción

3. Transistor de Efecto de Campo
El transistor de efecto de campo (FET) es un dispositivo de tres terminales que
se utiliza en varias aplicaciones que coinciden, en gran medida con las del
transistor BJT.
El transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente, en tanto que el
transistor FET es un dispositivo controlador por voltaje.
• Una de las características más
importantes del FET es su alta
impedancia de entrada
• Los FET son más estables a la
temperatura que los BJT y en
general son más pequeños, lo que
los hace particularmente útiles en
chips de circuitos integrados.

4. Transistor de Efecto de Campo de
Unión (JFET)

5. Características del JFET
El transistor de efecto de campo de unión (JFET) es un dispositivo de tres
terminales con una terminal capaz de controlar la corriente entre las otras dos.

6. Estructura Básica (canal n)
Cada extremo del canal n tiene una terminal, drenaje en parte
superior y fuente en el extremo inferior. Se difunden dos regiones tipo p en el
material tipo n para formar un canal y ambos tipos de regiones p se conectan
a la terminal de la compuerta.

7. Operación Básica
En las siguientes imágenes se pueden observar los voltajes
de polarización de CD aplicados a un dispositivo de canal n. VDD
genera un voltaje entre drenaje y fuente. VGG un voltaje de
polarización en inversa entre compuerta y fuente.

8. Empobrecimiento

9. Efecto del Voltaje
de Compuerta

10. Efecto del Voltaje
de Compuerta

11. VGS controla ID

12. Característica de Transferencia
La ecuación de Shockley define la relación entre ID y VGS

13. Símbolos
Aquí podemos observar los símbolos esquemáticos de
los JFET de canal n y p. Obsérvese que la flecha apunta
hacia dentro para el dispositivo de canal n de la figura
para representar la dirección en la cual IG fluiría si la
unión p-n se polarizará en directa.

14. Polarización de los JFET

15. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Polarización Fija
El método gráfico de la recta de carga (visto previamente en el análisis de
diodos), se puede utilizar para analizar circuitos basados en FETs. El análisis
gráfico requiere una gráfica de la ecuación de Shockley como se muestra en la
siguiente figura:
Para el caso de configuración de polarización fija, el nivel de VGS fijo se
grafica como una recta vertical. El punto donde las dos curvas se intersectan es
la solución común de la configuración.

16. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Polarización Fija
Ejemplo #1: Para la configuración de polarización fija de la siguiente figura,
determine:
a) ID y VGS utilizando el método analítico.
b) Repita el inciso a) utilizando el método gráfico y compare los resultados.
c) Calcule el valor de VDS, VD, VG y VS.
Análisis de Malla de Entrada
3+VGS =0
VGS = - 3 V
Análisis de Malla de Salida
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝐷𝑆𝑆 1 −
𝑉𝐺𝑆
𝑉𝑃
2
𝐼 𝐷 = 10𝑚𝐴 1 −
−3
−4.5
2
= 𝟏. 𝟏𝟏𝒎𝑨
a) Método Analítico

17. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Polarización Fija
Ejemplo #1: Para la configuración de polarización fija de la siguiente figura,
determine:
a) ID y VGS utilizando el método analítico.
b) Repita el inciso a) utilizando el método gráfico y compare los resultados.
c) Calcule el valor de VDS, VD, VG y VS.
b) Método Gráfico

18. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Polarización Fija
Ejemplo #1: Para la configuración de polarización fija de la siguiente figura,
determine:
a) ID y VGS utilizando el método analítico.
b) Repita el inciso a) utilizando el método gráfico y compare los resultados.
c) Calcule el valor de VDS, VD, VG y VS.
VGS = - 3 V
𝐼 𝐷 = 10𝑚𝐴 1 −
−3
−4.5
2
= 𝟏. 𝟏𝟏𝒎𝑨
• VDS = 13.58 V
• VD = 13.58 V
• VG = VGS + VS = -3 V
• VS = 0 V
c) voltajes

19. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Autopolarización
Ejemplo #2: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VDS, VS, VG, VD.
Malla de Entrada
ID
VGS + RS*ID =0
VGS = -1000*ID
VGS = -1000*ID
𝐼𝐷 =
𝑉𝐺𝑆
−1000
Malla de Salida
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝐷𝑆𝑆 1 −
𝑉𝐺𝑆
𝑉𝑃
2
𝐼 𝐷 = 8𝑚𝐴 1 −
𝑉𝐺𝑆
−6
2
VGS=-2.58V
ID=2.58mA
Método Gráfico

20. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Autopolarización
Ejemplo #2: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VDS, VS, VG, VD.
Malla de Entrada
ID
VGS + RS*ID =0
VGS = -1000*ID
Malla de Salida
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝐷𝑆𝑆 1 −
𝑉𝐺𝑆
𝑉𝑃
2
𝐼 𝐷 = 8𝑚𝐴 1 −
−1000 ∗ 𝐼𝐷
−6
2
𝐼 𝐷 = 8𝑚𝐴 ∗ 1 − 166.67 ∗ 𝐼𝐷 2
𝐼 𝐷 = 8𝑚𝐴 ∗ (1 − 333.34 ∗ 𝐼𝐷 + 27778.89 ∗ 𝐼𝐷2
)
0 = 8𝑚𝐴 ∗ 1 − 333.34 ∗ 𝐼𝐷 + 27778.89 ∗ 𝐼𝐷2
− 𝐼𝐷
222.23𝐼𝐷2
− 3.67𝐼𝐷 + 0.008 = 0
Ecuación de Segundo Grado (Fórmula General)
Método Analítico
ID1 = 13.93mA ID2 = 2.58 mA
𝑉𝐺𝑆 = −1000 ∗ 2.58 𝑚𝐴
VGS = - 2.58 V

21. Método de la Recta de Carga
-Configuración de Autopolarización
Ejemplo #2: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VDS, VS, VG, VD.
Voltajes
ID
VS = 1000*(2.58 mA) = 2.58 V
VG = 0 V.
20 – 3.3K*ID –VDS – 1K*ID = 0
VDS = 20 - 3.3K*ID - 1K*ID
VDS = 8.9 V
VD = VDS + VS
VD = 8.9 + 1000 * 2.58 mA = 11.48 V
Método Analítico
ID = 2.58 mA
VGS = - 2.58 V

22. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
La configuración del divisor de voltaje aplicada a amplificadores con transistores
BJT también se aplica a amplificadores con FET.

23. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
Para analizar esta red en el domino de CD, los capacitores se reemplazan por
su equivalente de “circuito abierto”.
La corriente IG es igual a cero
debido a la alta impedancia de
entrada del FET. Eso ocasiona
que IR1 e IR2 sean iguales.

24. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
Para analizar el circuito mediante el método de la recta de carga, seguimos el
mismo procedimiento:
Aplicando LVK a la
malla de entrada:
Para graficar se pueden
tomar los siguientes
puntos:

25. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
Ejemplo #3: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VD, VS, VDS, y VDG.
VG
VGS
RS
𝐕 𝐆 =
(𝟐𝟕𝟎𝐤𝛀)(𝟏𝟔)
𝟐. 𝟏𝐌𝛀 + 𝟐𝟕𝟎𝐤𝛀
= 𝟏. 𝟖𝟐 𝐕
𝐕 𝐆𝐒 = 𝟏. 𝟖𝟐 − 𝟏𝟓𝟎𝟎𝐈 𝐃
Malla de Entrada
Malla de Salida
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝐷𝑆𝑆 1 −
𝑉𝐺𝑆
𝑉𝑃
2
𝐈 𝐃 = 𝟖𝐦𝐀 𝟏 −
𝐕 𝐆𝐒
−𝟒
𝟐
𝐈 𝐃 =
𝟏. 𝟖𝟐 − 𝐕 𝐆𝐒
𝟏𝟓𝟎𝟎
Ec.1
Ec.2

26. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
Ejemplo #3: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VD, VS, VDS, y VDG.
𝐈 𝐃 = 𝟖𝐦𝐀 𝟏 −
𝐕 𝐆𝐒
−𝟒
𝟐
𝐈 𝐃 =
𝟏. 𝟖𝟐 − 𝐕 𝐆𝐒
𝟏𝟓𝟎𝟎
Ec.1
Ec.2
VGS=-1.8 V
ID=2.4mA

27. Método de la Recta de Carga
-Polarización por medio del Divisor de Voltaje
Ejemplo #3: Determine los valores de corriente y voltaje utilizando el método de
la recta de carga. Calcule VGS, ID, VD, VS, VDS, y VDG.
VGS=-1.8 V
ID=2.4mA
VD= 16 – 2.4k(2.4mA) = 10.24 V
Cálculo de Voltajes
VS= 1.5k(2.4mA) = 3.6 V
VDS= VD – VS = 6.64 V
VDG= VD – VG = 10.24 – 1.82 = 8.42 V