1. Diseño Electrónico I 1
Transistores de Andrés Davidde campo (FET). Tipos y
Christian Bastidas,
efecto Ramírez y Sebastián Torres Muñoz
montajes básicos: Circuitos en DC
trata de aspectos particulares, los FET poseen características
que les genera ventaja respecto a los BJT, tales como: poseen
RESUMEN una altísima impedancia de entrada (del orden de los
En este informe se consolida el aspecto teórico de los megaohms), por ello son útiles en amplificadores multietapa;
montajes básicos y el análisis en DC de los transistores de su fabricación no requiere mayor complejidad como los de
efecto de campo (FET), realizado a partir del estudio de los juntura bipolar y por ello son los que se encuentran en gran
mismos dispositivos, con el fin de desarrollar habilidades y variedad en los circuitos integrados, etc.
competencias en el estudiante para el análisis, elaboración, Cuando se genera un voltaje entre el drenaje y la fuente
cálculos y diseño de circuitos amplificadores o conmutadores, (VDS) se forma una corriente en la terminal de drenaje, que
y capacidad para el manejo de estos semiconductores, tanto es dependiente de la resistencia de la misma terminal. Caso
en el siguiente nivel de Diseño Electrónico, como para contrario si se aplica un voltaje VGS negativo, por lo cual el
asignaturas afines. Del tema estudiado se evidencia un canal se polariza inversamente, lo que el voltaje en la
método que le compete al estudiante de electrónica como compuerta es 0. El voltaje de la compuerta (G) es negativo,
pedagogo, para llevarlo a cabo, así como la adquisición de este repele las cargas del drenaje, lo que hace que la corriente
este conocimiento, fundamental para el desempeño docente en esa terminal disminuya, lo cual hace que se genere un
así como disciplinar. control de voltaje (si aumenta o disminuye) VGS, que regula
la polarización del circuito.
Palabras Clave— Transistor, FET, análisis, diseño, docente. En el FET la relación entre ID y
VGS está dada por la ecuación de
Schotkley:
OBJETIVOS
• Generar adquisición del conocimiento sobre los ID = IDSS (1 - (VGS/VP))²
transistores de efecto de campo FET. IDSS y VP son constantes
• Reconocer los tipos de estos dispositivos características de cada tipo o
semiconductores, así como su análisis en DC. referencia de transistor, se
• Elaborar una propuesta pedagógica para la obtienen en las hojas de
explicación del tema base de este informe. especificaciones del fabricante.
• Preparar al estudiante al estudio de este tema para Más adelante se dan los modelos
las asignaturas afines. de polarización del FET como JFET y MOSFET.
En la electrónica, las aplicaciones más comunes de los FET
son los amplificadores, y gracias a sus características. Se
I. INTRODUCCIÓN puede encontrar en estos transistores una alta impedancia de
D entro del análisis de dispositivos semiconductores,
podemos notar que los transistores de juntura bipolar
(BJT) se presentan dentro de la electrónica como elementos
entrada, lo cual hace que la corriente que pase por la
compuerta sea IG=0. A lo largo del informe se presenta las
ecuaciones características de polarización de los transistores
útiles para diferentes aplicaciones. No obstante, estos mismos FET, tanto los de unión como los
presentan algunos inconvenientes lo cuales limitan su metalóxidosemiconductores.
utilización dentro de la industria; esos factores pueden ser la
sensibilidad y el ruido que generan. Por ello, aparece un
transistor el cual, aparte de eliminar estas fallas, será tan útil II.TIPOS
en la electrónica, a tal punto de generar grandes ganancias en
En la industria, se presentan dos tipos de transistores de
la salida del dispositivo, un factor de calidad más fiable y
efecto de campo: los transistores de efecto de campo de unión
demás que no puede lograr el BJT. Los transistores de efecto
o juntura (JFET) y los transistores de metal óxido
de campo, al igual que los de juntura bipolar, son dispositivos
semiconductor de efecto de campo (MOSFET), los cuales se
semiconductores que regula el paso de corriente a través del
explican a continuación.
dispositivo, por medio de un campo eléctrico que se genera al
aplicársele una señal de entrada al transistor. También posee
la característica de ser un transistor unipolar (para
diferenciarlo del BJT) por el hecho de que un tipo de
portadores controlan su funcionamiento. Al igual que los
BJT, los FET se presentan en dos tipos, NPN y PNP. Si se


2. Diseño Electrónico I 2
Por esto, el JFET es un dispositivo controlado por tensión y
Transistor de efecto de campo de unión (JFET) no por corriente. Casi todos los electrones que pasan a través
del canal creado entre las zonas de deplexión van al drenaje,
O simplemente llamados FET, son una compleja gama de por lo que la corriente de drenaje es igual a la corriente de
transistores que controlan o regulan el paso de corriente en un fuente .
canal del mismo dispositivo por medio del campo eléctrico
que generan. Los FET pueden plantearse como resistencias Se conocen como características estáticas de JFET las
controladas por diferencia de potencial. Físicamente, el JFET, representaciones gráficas de las funciones Id=f(Vds) tomando
formado por un semiconductor tipo P posee tres terminales: la Vgs como parámetro (características de salida) e Id =
puerta (gate), que es la equivalencia a la base de un transistor f(Vgs), tomando Vds como parámetro (característica de
BJT, y dos pines de salida: drenador (drain) y fuente (source). transconductancia), dado que Id, Vgs y Vds son las tres
Al igual que el transistor bipolar, el FET también actúa como variables que intervienen en el estudio del JFET.
conmutador controlado por voltaje, el cual el mismo, aplicado
a la puerta restringe el paso de intensidad entre las otras
terminales. Al aplicársele un voltaje positivo o en
polarización inversa entre la terminal G (compuerta) y S
(fuente), las zonas de material N en las cuales se crean a su
alrededor, unas zonas (llamadas de exclusión) en las cuales el
paso de electrones en la terminal D queda limitado. Si el
valor de este voltaje VGS supera un valor determinado, la
corriente que circula en la terminal de fuente y drenaje se
corta definitivamente, debido a la máxima extensión de las
zonas de exclusión. Este valor de voltaje VGS se le conoce
como Vp. En un JFET, las zonas de dopaje p se invierten con
las zonas n, haciendo que los valores tanto VGS como Vp
sean positivos, y cuyos valores máximos de este último voltaje
hace que se corte el flujo de corriente. Como el BJT, los JFET Para valores de Vds próximos a 0, el JFET se comporta como
presentan zonas de trabajo características de estos fenómenos. una resistencia controlable por Vgs. Mientras que Vgs < Vp
Tal cómo es el voltaje VBE en un BJT, tenemos el VGS que (Vp es la tensión para la cual el dispositivo se limita), el
determina el punto de operación. Según su valor, se definen dispositivo se comportará como una resistencia la cual estará
dos áreas de trabajo: una zona activa, para valores mayores determinada precisamente por esta inecuación Vgs < Vp,
que Vp, pero negativos, y una zona de corte para valores durante esta transición el JFET estará en región ohmica, en el
menores de Vp negativo. Los valores de ID (variable) en momento en el que Vgs sea igual que Vp el transistor estará
función de VGS vienen dados por las curva característica o cortado, si ahora aplicamos una tensión Vds > 0 o Vds > Vp
una ecuación conocida como de entrada. Cuando opera en la al no existir canal efectivo para la conducción de portadores
región activa, y se permite el paso de corriente, la salida del no circulará corriente Id=0 y el JFET que esta en CORTE.
JFET se dará por la corriente en drenaje ID, al igual que una
tensión entre este mismo y la fuente (VDS). Esto permite el Partiendo de Vgs = 0, el dispositivo estará totalmente abierto,
planteamiento de una característica de salida la cual viene el JFET se comportará como una resistencia semiconductora,
con su ecuación. En esta salida (siendo activa) se distinguen la corriente Id estará en función lineal con la tensión Vds
dos tipos de zonas de funcionamiento: óhmica y de aplicada (siempre pequeña para no entrar en saturación).
saturación. Conforme Vgs valla en aumento (se haga mas negativa), el
canal irá recortándose poco a poco mientras la resistencia va
aumentando.

3. Diseño Electrónico I 3
Si Vgs = 0, con un valor Vds apreciable, se producirá una entre en drenaje (Drain) y la fuente (Source)
polarización inversa de la unión P-N del dispositivo y en
consecuencia un estrechamiento del canal. Se estrecha mas la
región próxima al drenador pues la caída óhmica del canal no
es uniforme y es en este punto donde el potencial es más
elevado. Cuando Vds alcance Vp el transistor quedará
saturado y la corriente a partir de este instante permanecerá
constante.
Partiendo ahora con Vp <Vgs<0 y Vds>0, Si vamos
aumentando la tensión negativa Vds hasta alcanzar la
saturación el dispositivo pasará por diferentes estados, (región
ohmica y saturación). Si además seguimos aumentado Vds
hasta el valor que el fabricante del dispositivo haya
determinado con anterioridad como el de ruptura, puesto que
toda unión P-N tiene un valor de ruptura Vds>>>Vp ó Vds
< BVds + Vgs, el FET de unión alcanzara la región de
ruptura.
Transistor de efecto de campo de metal óxido
semiconductor (MOSFET)
MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o
FET de compuerta aislada, es un arreglo de cientos de
transistores integrados en un sustrato de silicio. Cada uno
entrega una parte a la corriente total.
Uno de los motivos que impulsó su desarrollo es que los
transistores bipolares presentan limitaciones. Es un
dispositivo controlado por tensión, Es un dispositivo
extremadamente veloz en virtud a la pequeña corriente Para que circule corriente en un MOSFET de canal N una
necesaria para estrangular o liberar el canal. Por esta facultad tensión positiva se debe aplicar en la compuerta. Así los
se los usa ampliamente en conmutación. Su velocidad permite electrones del canal N de la fuente (source) y el drenaje
diseñar etapas con grandes anchos de banda minimizando, (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el
así, lo que se denomina distorsión por fase. canal P entre ellos.
La característica constructiva común a todos los tipos de
transistor MOS es que el terminal de puerta (G) está formado
El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para
por una estructura de tipo Metal/Óxido/Semiconductor. El
que aparezca un puente para los electrones entre el drenaje y
óxido es aislante, con lo que la corriente de puerta es
la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la
prácticamente nula, mucho menor que en los JFET. Por ello,
cantidad de corriente) depende o es controlada por la
los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia.
tensión aplicada a la compuerta.
Tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado
En el caso del MOSFET de canal P, se da una situación
MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal
similar. Cuando se aplica una tensión negativa en la
P, En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la
compuerta, los huecos (ausencia de electrones) del canal P
fuente (source) y al drenaje (drain)
del drenaje y de la fuente son atraídos hacia la compuerta y
En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la
pasan a través del canal N que hay entre ellos, creando un
fuente (source) y al drenaje (drain):
puente entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del
puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión
aplicada a la compuerta.
Debido a la delgada capa de óxido que hay entre la
compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la
compuerta. La corriente que circula entre drenaje y fuente es
controlada por la tensión aplicada a la compuerta.
PRINCIPIO DE OPERACION
DISEÑOS
Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal P, cuando no
se aplica tensión en la compuerta no hay flujo de corriente

4. Diseño Electrónico I 4
Los presentes son algunos diseños que presentan diversas para VGs.
configuraciones de polarizaciones de FET y MOSFET,
evidenciando también sus respectivas ecuaciones tanto en
entrada como en salida; entre estas configuraciones • “voltaje de polarización fija”
tenemos.
• JFET con polarización fija: Este tipo de polarización se da en 2 canales (n y p).
VGSQ = + VGG
En esta polarización para la malla de entrada tenemos que VDS = VDD - IDRS
la unión de la compuerta y la fuente se encuentran
inversamente polarizadas y por eso iG es 0. Entonces
tenemos: • “mediante divisor de voltaje”
-VGG = iGRG + VGs
VGs = -VGG
Para la salida:
iD = - VDs/RD + VDD/RD
VDD = iDRD + VDs
• JFET con autopolarización:
VTH = VDD (R2/R1+R2)
RTH = R1R2/R1+R2
Para la entrada iG = 0
VTH = VGs + RsiD
En este tipo de polarización es indispensable usar una
resistencia en la fuente iD = - 1/Rs VGs + VTH/Rs
iGRG + VGs + RsiD = 0 para la salida:
iD = - VGs/Rs
VDs = VDD –(Rs + RD)iD
Para la salida:
VDD = VDs + iDRD + iDRs
• MOSFET de tipo incremental
• MOSFET tipo decremental
Estos presentan características de JFET en corte y la • Retroalimentación:
saturación para IDss. Pero posteriormente a esto presentan
características que tienden a la región de polaridad opuesta

5. Diseño Electrónico I 5
VGsq = Vds
VDs = VDD – iD Rs
• Divisor de voltaje
Vg = R2 VDD/(R1 + R2)
VGs = VG – iDRs
REFERENCIAS
[1] Sedra & Smith. Microelectronics Circuits. Oxford University Press.
[2] Schilling y Belove. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados.
Marcombo.
[3] Horenstein, Mark. Microelectrónica: Circuitos y Dispositivos. Prentice
Hall.
[4] Martínez, Demetrio. Guías de Laboratorio Electrónica Análoga I.
Universidad Nacional de Colombia

6. Diseño Electrónico I 5
VGsq = Vds
VDs = VDD – iD Rs
• Divisor de voltaje
Vg = R2 VDD/(R1 + R2)
VGs = VG – iDRs
REFERENCIAS
[1] Sedra & Smith. Microelectronics Circuits. Oxford University Press.
[2] Schilling y Belove. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados.
Marcombo.
[3] Horenstein, Mark. Microelectrónica: Circuitos y Dispositivos. Prentice
Hall.
[4] Martínez, Demetrio. Guías de Laboratorio Electrónica Análoga I.
Universidad Nacional de Colombia

7. Diseño Electrónico I 5
VGsq = Vds
VDs = VDD – iD Rs
• Divisor de voltaje
Vg = R2 VDD/(R1 + R2)
VGs = VG – iDRs
REFERENCIAS
[1] Sedra & Smith. Microelectronics Circuits. Oxford University Press.
[2] Schilling y Belove. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados.
Marcombo.
[3] Horenstein, Mark. Microelectrónica: Circuitos y Dispositivos. Prentice
Hall.
[4] Martínez, Demetrio. Guías de Laboratorio Electrónica Análoga I.
Universidad Nacional de Colombia

8. Diseño Electrónico I 5
VGsq = Vds
VDs = VDD – iD Rs
• Divisor de voltaje
Vg = R2 VDD/(R1 + R2)
VGs = VG – iDRs
REFERENCIAS
[1] Sedra & Smith. Microelectronics Circuits. Oxford University Press.
[2] Schilling y Belove. Circuitos Electrónicos Discretos e Integrados.
Marcombo.
[3] Horenstein, Mark. Microelectrónica: Circuitos y Dispositivos. Prentice
Hall.
[4] Martínez, Demetrio. Guías de Laboratorio Electrónica Análoga I.
Universidad Nacional de Colombia