Transistor de Efecto de campo JFET

1. TRANSISTOR DE
EFECTO DE CAMPO DE
UNIÓN (JFET)
Ing. Alexis Barrios Ulloa MSc.

2. Objetivos
 Conocer la estructura interna y el funcionamiento del
transistor de efecto de campo (JFET).
 Diferenciar el comportamiento de un transistor de efecto
de campo de canal N con respecto a uno de canal P.
 Identificar las características eléctricas y de fabricación
mas importantes a tener en cuenta al momento de
seleccionar un transistor de efecto de campo.
 Hacer uso adecuado de la hoja de datos de un transistor
de efecto de campo.
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

3. Transistor de efecto de campo (FET)
El FET (Transistor de Efecto de
Campo de Unión) es un dispositivo
semiconductor de tres terminales
que opera con una unión pn
polarizada en inversa para
controlar corriente en un canal
semiconductor. (Floyd, 2008)
A diferencia de los transistores
BJT, los FET son dispositivos
unipolares, ya que la corriente
existe tanto en forma de electrones
como de huecos (Savant, 2000)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

4. Estructura de un FET
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)

5. Estructura de un FET
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky, 2009)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

6. Simbología esquemática del FET
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

7. Efecto de campo
La tensión de alimentación del drenador es positiva y la de la puerta
negativa. El término efecto de campo se relaciona con las zonas de
deplexión que rodean a cada zona p. Las uniones entre cada zona p y
las zonas n tienen capas de deplexión debido a que los electrones libres
se difunden desde las zonas n en las zonas p. (Malvino, 1999)
Imagen tomada de: (Malvino, 1999)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

8. Ventajas de los FET sobre los BJT
De acuerdo con Floyd (2008), entre las ventajas que se tienen al
usar transistores de efecto de campo sobre transistores
bipolares se tienen las siguientes:
 Alta impedancia de entrada (de 107 a 1012 Ω).
 Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.
 Los FET son, en general, mas fáciles de fabricar pues suelen
requerir menos pasos de enmascaramiento y difusiones. Es
posible fabricar un mayor número de dispositivos en un circuito
integrado.
 Los FET se comportan como resistores variables controlados por
tensión para valores pequeños de drenaje a fuente.
 La alta impedancia de entrada de los FET les permite almacenar
carga el tiempo suficiente para permitir su uso como elemento de
almacenamiento.
 Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y
conmutar grandes corrientes.
 Los FET son mas estables a la temperatura que los BJT.
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

9. Desventajas de los FET sobre los
BJT
De acuerdo con Floyd (2008), entre las desventajas
que se pueden presentar al usar transistores de
efecto de campo sobre transistores bipolares se
tienen las siguientes:
 Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre
debido a su alta impedancia de entrada.
 Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy
pobre.
 Los FET son susceptibles de daño debido a la
electricidad estática.
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

10. Operación básica de los FET
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

11. Construcción del FET
En el caso del JFET tipo n, se construye
utilizando una cinta de material tipo n con dos
materiales de tipo p difundidos en ella, uno a
cada lado.
La parte superior del canal tipo n está
conectada mediante un contacto óhmico a un
terminal conocido como drenaje (D), en tanto
que el extremo inferior del mismo material está
conectado mediante un contacto óhmico a una
terminal conocida como fuente (S). Los dos
materiales tipo p están conectados entre sí y a
la terminal de compuerta (G).
Sin potenciales aplicados, el JFET tiene dos
uniones p-n en condiciones sin polarización. El
resultado es una región de empobrecimiento en
cada unión, la cual se asemeja a la misma
región de un diodo en condiciones sin
polarización (Boylestad y Nashelsky, 2009)JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky,
2009)

12. VGS = 0 V, VDS algún valor positivo
En el instante en que se aplica VDD, los electrones son atraídos hacia el drenaje y se establece la
corriente convencional ID. las corrientes a través del drenaje y la fuente son equivalentes (ID = IS).
la región de empobrecimiento es más ancha cerca de la parte superior de ambos materiales tipo
p.
El hecho de que la unión p-n se polarice en inversa a lo largo del canal produce una corriente de
cero amperes en la compuerta (Boylestad y Nashelsky, 2009).
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky,
2009)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

13. Tensión de estrangulamiento
Conforme el voltaje VDS aumente de 0 V a algunos volts, la corriente también lo hará de
acuerdo con la ley de Ohm. La pendiente constante relativa de la gráfica revela que en la
región de valores bajos de VDS, la resistencia en esencia es constante. A medida que VDS
se incrementa y se aproxima un nivel conocido como Vp, las regiones de empobrecimiento
se ensanchan, lo que reduce notablemente el ancho del canal. La ruta reducida de
conducción hace que la resistencia se incremente, y ocurra la curva en la gráfica de la
figura (Floyd, 2008)JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky,
2009)

14. Corriente de drenaje (IDSS)
Un incremento continuo de VDS por encima del voltaje de estrangulamiento
produce una corriente casi constante en el drenaje. Este valor de la corriente en
el drenaje es IDSS (Drain to Source with gate Shorted, Drenaje a fuente con la
compuerta en cortocircuito) y siempre viene especificada en las hojas de datos de
los JFET. IDSS es la corriente máxima en el drenaje que un JFET específico es
capaz de producir sin importar el circuito externo y siempre se especifica en la
condición, VGS = 0 V y VDS > |Vp| (Floyd, 2008).JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky,
2009)

15. Región óhmica
la tensi6n de estrangulamiento
separa las dos zonas principales
de funcionamiento del JFET. La
parte casi horizontal es la zona
activa. La parte casi vertical de la
curva de salida se llama zona
óhmica. Cuando un JFET
funciona en la zona 6hmica actúa
como una resistencia pequeña
con un valor aproximado de:
𝑅 𝐷𝑆 =
𝑉𝑝
𝐼 𝐷𝑆𝑆
Si el JFET funciona en cualquier
lugar de la zona óhmica, tiene una
resistencia de 400Ω. (Floyd,
2008).
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

16. Ruptura
la ruptura ocurre en el
punto C cuando ID
comienza a incrementarse
muy rápido con cualquier
incremento adicional de
VDS. La ruptura puede
dañar irreversiblemente el
dispositivo, así que los
JFET siempre se operan
por debajo de la ruptura y
dentro de la región activa,
(corriente constante) (Floyd,
2008). Imagen tomada de: (Floyd, 2008)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

17. VGS < 0V
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)

18. Voltaje de corte
El valor de VGS que hace que ID sea
aproximadamente cero es el voltaje de
corte. El JFET debe operar entre VGS
0 V y VGS(corte). Con este intervalo de
voltajes de compuerta a fuente, ID varía
desde un máximo de IDSS hasta un
mínimo de casi cero.
Mientras más negativo es VGS, más
pequeña llega a ser ID en la región
activa. Cuando VGS tiene un valor
negativo suficientemente grande, ID se
reduce a cero.
El estrechamiento de la región de
empobrecimiento provoca este efecto de
corte hasta un punto donde el canal se
cierra por completo. (Boylestad y
Nashelsky, 2009).
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

19. Características de transferencia
La característica de
transferencia es una gráfica
de la corriente de drenaje ID,
como función de la tensión
compuerta a fuente , VGS, por
encima del estrangulamiento.
Se grafica con VDS igual a una
constante, aunque la
característica de transferencia
es en esencia independiente
de VDS pues, luego de que el
FET llega al estrangulamiento,
Id permanece constante para
valores mayores de VDS
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc
Imagen tomada de: (Floyd, 2008)

20. Características de transferencia
Imagen tomada de: (Boylestad y Nashelsky,
2009)
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

21. Ecuación de Shockley
En los JFET no existe una relación lineal entre las cantidades de entrada
y salida. La relación entre ID y VGS está definida por la ecuación de
Schockley:
𝐼 𝐷 = 𝐼 𝐷𝑆𝑆 1 −
𝑉𝐺𝑆
𝑉𝑃
2
El termino al cuadrado en la ecuación produce una relación no lineal
entre ID y VGS lo cual produce una curva que crece exponencialmente
con la magnitud decreciente de VGS (Savant, 2000).
Variable de control
Constante
s
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

22. Método abreviado
la curva de transferencia se puede trazar con un nivel de precisión satisfactorio
con sólo utilizar los cuatro puntos definidos anteriormente y revisados en la tabla
1:
Tabla 1
VGS contra ID
VGS ID
0 V IDSS
0.3 Vp IDSS/2
0.5 Vp IDSS/4
Vp 0 mA
JFET Ing. Alexis Barrios U. MSc

23. Referencias
Electrónica II Ing. Alexis Barrios
Floyd, T. (2008). Dispositivos Electrónicos. Octava edición.
Ciudad de México, México: Editorial Pearson.
Savant, C. J. (2000). Diseño Electrónico: Circuitos y Sistemas.
Tercera edición. Ciudad de México, México: Editorial Alhambra.
Boylestad, R. Nashelsky, L. (2009). Electrónica: Teoría de
Circuitos y Dispositivos electrónicos. Décima edición. Ciudad
de México, México: Editorial Pearson.
[2] Malvino, A., Principios de Electrónica. Sexta edición.
Editorial Mc Graw Hill. Madrid. 1999.