El transistor jfet

1. Electrónica Analógica
Y
Digital
EL TRANSISTOR JFET
NOMBRE: Juan Ortuño
Maikol Clery
Guillermo Balcarce
Luis Ulloa
CARRERA: Automatización y control industrial
ASIGNATURA: Electrónica Digital y Analógica
PROFESOR: Patricia Cummins
FECHA: 11-11-2015

2. Electrónica Analógica
Y
Digital
INDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN…………………………………............................. 3
DESCRIPCION DEL TRANSISTOR…………………………………. 4
COMPORTAMIENTO CUALITATIVO DEL JFET………................. 8
APLICACIONES………………………………………………………… 11
COMPARACIÓN ENTRE FET Y
BJT…………………………………
12
DESVENTAJAS QUE LIMITAN LA UTILIZACIÓN DE LOS FET… 13
DIFERENCIAS ENTRE FET Y
BJT…………………………………...
14
DIFERENCIAS ENTRE FET Y
BJT…………………………………...
15

3. Electrónica Analógica
Y
Digital
Introducción
Los transistores de campo o FET se denominan así porque durante su funcionamiento la
señal de entrada crea un campo eléctrico que controla el paso de la corriente a través del
dispositivo.
Estos transistores también se llaman unipolares para distinguirlos de los transistores
bipolares de unión y para destacar el hecho de que un solo tipo de portadores electrones o
huecos intervienen en su funcionamiento.
A los transistores de efecto de campo se les conoce abreviadamente como FET (Field Effect
Transistor) y entre ellos podemos distinguir dos grandes tipos:
• Transistor de Efecto de Campo de Unión: JFET (Junction Field Effect Transistor)
• Transistor de Efecto de Campo Metal - Óxido - Semiconductor: MOSFET (Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor)
La principal diferencia entre los transistores FET y los BJT radica en el hecho de que el
transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente, mientras que los transistores FET
son dispositivos controlados por tensión. En ambos casos, la corriente del circuito de salida
es controlada por un parámetro del circuito de entrada, en un caso el nivel de corriente y en
el otro el nivel de tensión aplicada. En los transistores FET se crea un campo eléctrico que
controla la anchura del camino de conducción del circuito de salida sin que exista contacto
directo entre la magnitud controlada (corriente) y la magnitud controladora (tensión). De
forma análoga a como en los transistores bipolares existen dos tipos npn y pnp, en los
transistores de efecto de campo se habla de transistores FETs de canal n y de canal p.
Una de las características más importantes de los FETs es su alta impedancia de entrada
con niveles que pueden varias desde uno hasta varios cientos de mega ohmios, muy
superiores a la que presentan los transistores bipolares que presentan impedancias de
entrada del orden de unos pocos kilos ohmios. Esto proporciona a los FET una posición de
ventaja a la hora de ser utilizados en circuitos amplificadores.

4. Electrónica Analógica
Y
Digital
Los transistores de efecto de campo de unión (JFET) fueron primero propuestos por
Schockley en 1952 y su funcionamiento se basa en el control del paso de la corriente por el
campo aplicado a la puerta, por una o varias uniones p-n polarizadas en inverso.
Los transistores de efecto de campo de unión metal-semiconductor (MESFET), propuestos
en 1966, tienen un funcionamiento muy similar al JFET, pero en ellos el control del flujo de
la corriente se realiza por una unión metal-semiconductor de tipo Schottky. Finalmente
existe también otro tipo de transistores denominados genéricamente MOSFET (metal-oxido-
semiconductor), de desarrollo más reciente, en los que el control de la corriente a través del
semiconductor por una capa aislante (normalmente, oxido de silicio). Este tipo de
transistores se utiliza preferentemente en la electrónica digital.
DESCRIPCION DEL TRANSISTOR
La estructura básica de un transistor JFET está formada por un semiconductor figura 1-a, de
tipo n por ejemplo, con dos contactos óhmicos en sus extremos, uno de ellos S denominado
fuente o surtidor y el otro D conocido por el nombre de drenador. El tercer electrodo G,
denominado puerta, está constituido por dos regiones de tipo p difundidas a ambos lados de
la estructura del semiconductor. Se forma así en el contacto de la puerta dos uniones p-n,
las cuales están conectadas entre sí y polarizadas en inverso, de forma que la corriente que
pasa a través de ellas es prácticamente nula. Generalmente la unión de puerta es del tipo
p+ -n, lo cual significa que la región p de la puerta p de la puerta esta mucho mas dopada
que la región n del semiconductor.
Los JFET utilizados en un circuito integrado normalmente se fabrican siguiendo la
tecnología planar, según la cual el semiconductor está formado por una capa de carácter n
(capa epitaxial) depositada sobre un substrato de silicio u otro semiconductor, de tipo p. Un
área pequeña de la superficie de esta capa epitaxial esta difundida por impurezas también
tipo p, y forma, junto con el substrato de silicio, el contacto de puerta.
Los electrodos metálicos de fuente y de sumidero se depositan directamente a ambos
lados del contacto superior de puerta. En la figura 1-b se representa un esquema de la
geometría de las diferentes zonas y contactos de un JFET utilizado en circuitos integrados,
mostrando la zona activa, es decir la región donde tiene lugar la acción del transistor. El
símbolo para el JFET de tipo n se ha representado en la figura 1-c, con la flecha de la
puerta apuntando hacia dentro para indicar el carácter n del semiconductor. En el caso del
JFET de tipo p, la flecha de la puerta tiene la dirección opuesta a la de la figura.

5. Electrónica Analógica
Y
Digital
Si el semiconductor es de tipo n, la polarización se hace de forma que la corriente de
electrones (portadores mayoritarios) fluya desde el contacto de surtidor, S al de drenador, D.
Esto quiere decir que la tensión VDS= VD – Vs debe ser positiva. Se dice entonces que el
semiconductor funciona en el canal de baja resistencia para los electrones, estando limitado
el canal por las paredes que forman las dos regiones de carga espacial adyacentes a las
uniones p-n de la puerta. Según hemos visto, en las regiones de carga espacial la
concentración de carga es muy baja y por tanto su resistividad es muy elevada.

6. Electrónica Analógica
Y
Digital

7. Electrónica Analógica
Y
Digital
Figura 2
Parte superior: Esquema de la variación de la anchura del canal para valores crecientes del
voltaje de drenador, VD, de un transistor JFET: a) Para VD<< VD,Sat. b) VD=VD, Sat. c) VD >>
VD,Sat.
Parte inferior: Representación de la variación de la corriente de drenador, ID.

8. Electrónica Analógica
Y
Digital
COMPORTAMIENTO CUALITATIVO DEL JFET
Supongamos inicialmente que el electrodo de puerta esta polarizado al potencial de tierra,
esto es VG=0, y que aumentamos lentamente desde cero la tensión aplicada al drenador, VD,
manteniendo el drenador a una tensión fija de cero voltios, esto es Vs=0 (potencial de tierra).
Para pequeños valores de VD, la corriente que circula entre el surtidor y el drenador, ID, debe
ser pequeña. Esta corriente es debida al movimiento de electrones desde la fuente al
drenador a través del canal. En esta situación se considera que el canal está
completamente abierto, comportándose de mismo modo que una resistencia figura 2-a que
el canal semiconductor de tipo n está sometido a un potencial positivo respecto los
contactos de la puerta (polarizados a una tensión VG=0) por lo que la unión p+
-n de los
contactos de puerta queda polarizada en inverso. Como consecuencia de esta polarización
en inverso, la corriente que circula a través de los contactos de puerta debe ser
extremadamente baja. Además, la región de carga espacial, también llamada de
agotamiento, que se extiende de ambos lados de cada una de las dos uniones tiene una
anchura mayor en la región del canal, ya que esta es la que esta menos dopada (región
sombreada en la figura 1-a). Es importante señalar que la anchura de la zona de
agotamiento es más acusada conforme se avanza hacia el drenador, ya que el potencial
V(x) a lo largo del canal semiconductor (región n) es cada vez más positivo respecto de la
puerta (región p).
A medida que aumenta VD manteniendo VS=0, la anchura de la región de carga espacial a
ambos lados de la unión p+
-n de la puerta es cada vez mayor. Este efecto da lugar a una
reducción de la anchura del canal, siendo lógicamente el efecto más acusado en la zona
del drenador. La reducción gradual de la anchura del canal puede ser tan elevada que
puede incluso cerrar el canal en el extremo del drenador. Se origina entonces en esta región
un aumento notable de la resistencia del canal, por lo que la pendiente de la curva ID en
función de VD comience a decrecer. Cuando el voltaje alcanza un cierto valor critico dado
por VD=VD,Sat. (Este valor normalmente es de unos pocos voltios, aunque lógicamente
depende de las dimensiones del dispositivo), se llega a la situación indicada en la figura 2-b,
en la cual se produce el estrangulamiento del canal (pinch-off) y la curva característica ID=VD
se hace entonces prácticamente horizontal (es decir, resistencia dinámica infinita). A partir
de este momento, al aumentar VD ya no aumenta más la corriente que circula a través del
canal. En este rango de tensiones elevadas, conocido como región de saturación, el
aumento de VD da a lugar un crecimiento de la longitud de la región del canal que ha sido
estrangulada, debido al desplazamiento del punto P (punto donde se produce inicialmente el
estrangulamiento) hacia la región de la fuente, figura 2-c. Obsérvese que, contrariamente a
lo que podría parecer en una primera impresión, al quedar el canal bloqueado la corriente ID

9. Electrónica Analógica
Y
Digital
no se reduce a cero, ya que entonces no habría caída de potencial a lo largo del canal y no
se llegaría a la condición de estrangulamiento.
Es preciso tener en cuenta además que a medida que el potencial en el drenador se acerca
o incluso se hace más elevado que el potencial de estrangulamiento, la caída de potencial a
lo largo del semiconductor, V(x), ya no es homogénea. De hecho, cuando se aplica en el
drenador un potencial mayor que VD,Sat. el punto P de estrangulamiento, separa dos zonas
de diferente resistencia en el semiconductor: entre la fuente y el punto P tenemos el canal
con resistencia baja, mientras que desde el punto P al drenador la resistencia es muy
elevada, ya que corresponde a la región de agotamiento de la unión p-n polarizada en
inversa. Es más, el potencial en el punto P, y una caída igual a VD – VD,Sat., esta última región
es la que absorbe la mayor parte de la tensión aplicada. Este reparo inhomogeneo de la
tensión hace que la región de saturación la corriente de fuente a sumidero sea
prácticamente constante ya que está limitada por la caída de tensión entre la fuente y el
punto P de estrangulamiento. Un esquema cualitativo de las dos regiones de diferente
resistencia que forma el canal en la zona de saturación viene dado en la figura 3.

10. Electrónica Analógica
Y
Digital
Figura 3 Parte superior: Variación del voltaje, V(x), a lo largo del canal de un JFET (tipo n)
cuando se aplica un voltaje VD superior al de estrangulamiento (punto de operación en la
región de saturación). Las lines de trazo indican la situación correspondiente a diferentes
valores de VD (V´D> VD > V´´D). Parte inferior: Esquema de la situación de estrangulamiento
del canal en un punto P, en el interior del JFET.
Aparte de este efecto, existe otra limitación de la corriente que se presenta sobre todo en
los transistores con una longitud de canal, L, pequeña. La corriente en este caso puede
quedar limitada por la velocidad máxima que alcanzan los portadores en la parte posterior
del canal (detrás del punto P), donde el campo eléctrico toma valores muy elevados.

11. Electrónica Analógica
Y
Digital
APLICACIONES
Como se mencionó con anterioridad, las aplicaciones con este tipo de transistores es muy
variada, aquí se mostrarán sólo dos aplicaciones básicas, a saber, la construcción de
osciladores para generación de formas de onda cuadradas a determinadas frecuencias, y el
análisis y diseño de las configuraciones fundamentales de amplificadores con JFET.
- Osciladores y radios
- Amplificadores
APLICACIÓN PRINCIPAL VENTAJA USOS
Aislador o separador
(buffer)
Impedancia de entrada
alta y de salida baja
Uso general, equipo de medida,
receptores
Amplificador de RF Bajo ruido
Sintonizadores de FM, equipo para
comunicaciones
Mezclador
Baja distorsión de
intermodulación
Receptores de FM y TV, equipos
para comunicaciones
Amplificador con
CAG
Facilidad para controlar
ganancia
Receptores, generadores de
señales
Amplificador cascodo
Baja capacidad de
entrada
Instrumentos de medición, equipos
de prueba
Troceador Ausencia de deriva
Amplificadores de cc, sistemas de
control de dirección
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
Oscilador
Mínima variación de
frecuencia
Generadores de frecuencia patrón,
receptores
Circuito MOS digital Pequeño tamaño
Integración en gran escala,
computadores, memorias.

12. Electrónica Analógica
Y
Digital
Comparación entre FET y BJT
Los transistores de efecto de campo o FET (Field Electric Transistor) son
particularmente interesantes en circuitos integrados y pueden ser de dos tipos:
transistor de efecto de campo de unión o JFET y transistor de efecto de campo metal-
óxido semiconductor (MOSFET). Son dispositivos controlados por tensión con una alta
impedancia de entrada (1012Ω). Ambos dispositivos se utilizan en circuitos digitales y
analógicos como amplificador o como conmutador. Sus características eléctricas son
similares aunque su tecnología y estructura física son totalmente diferentes.
Existen dos grandes grupos de FET: los de unión (JFET) y los metalóxido
semiconductor (MOSFET). Dentro de los MOSFET está el de acumulación, el cual ha
propiciado los rápidos avances de los dispositivos digitales.
Ventajas del FET:
3) Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada
(10
7
a
10
12
Ω).
2) Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.

13. Electrónica Analógica
Y
Digital
3) Los FET son más estables con la temperatura que los BJT.
4) Los FET son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y
permiten integrar más dispositivos en un C1, pudiéndose incluir un mayor número de FET
en un solo chip (requieren menor área), de aquí que memorias y microprocesadores se
implementen únicamente con MOSFET
5) Los FET se comportan como resistencias controlados por tensión para valores
pequeños de tensión drenaje-fuente.
6) La alta impedancia de entrada de los FET les permite retener carga el tiempo
suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.
7) Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.
8) Debido a que los FET son dispositivos sensibles al voltaje, con una gran impedancia
de entrada (del orden de 10 Mohm a 1 Gohm). Al ser mucho más alta que la
correspondiente a los BJT, se prefieren como etapa de entrada en amplificadores multi
etapa.
9) Los FET de potencia controlan potencias elevadas y conmutan grandes corrientes.
10) Los FET no son tan sensibles a la radiación como los BJT.
Desventajas que limitan la utilización de los FET:
1) Los FET presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de
entrada.
2) Los FET presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los
BJT.
3) Los FET se pueden dañar debido a la electricidad estática.

14. Diferencias entre FET y BJT.
Transistor de efecto de campo (FET) Transistor bipolar de unión (BJT)
Baja ganancia de voltaje Alta ganancia de voltaje
Alta ganancia de corriente Baja ganancia de corriente
Alta impedancia de entrada Baja impedancia de entrada
Generación de ruido baja Generación de ruido media
Tiempo de conmutación alta Tiempo de conmutación media
Se daña con la estática Uso rudo
Algunos requieren una entrada para
apagarlo.
Requiere una entrada de cero para
apagarloDispositivo controlado por voltaje Dispositivo controlado por corriente
Mayor costo Barato
gm (factor de transconductancia ß (beta factor de amplificación)
ID es una función de Vgs IC es una función de IB
Relación cuadrática entre Vgs e Id Relación lineal entre Ib e Ic
Comparación entre BJT y JFET
BJT JFET
Controlado por corriente de base. Controlado por tensión entre puerta y
fuente
Dispositivo bipolar que trabaja con las
cargas libres de los huecos y electrones.
Dispositivo unipolar que trabaja con las
cargas libres de los huecos (Canal p) o
electrones (Canal n)
IC es una función de IB ID es una función de Vgs.
Β(Beta factor de amplificación) Gm (factor de transconductancia)
Altas ganancias de corriente y voltaje Ganancia de corriente indefinidas y
ganancia de voltaje menores las de los
BJT
Relación lineal entre Ib e Ic. Relación cuadrática entre Vgs e Id.

15. CONCLUSION
Son dispositivos de estado sólido que tienen tres o cuatro terminales.
El flujo de cargas es controlado por el campo eléctrico.
El flujo de portadores es de un único tipo (o electrones o huecos).
Pueden funcionar en diferentes regiones de polarización.
Según en qué región de polarización se encuentren, funcionan como:
• Resistencias controladas por tensión.
• Amplificadores de corriente o tensión, característica principal debido a su
alta impedancia de entrada con niveles que pueden ser de uno hasta varios
cientos de mega ohmios, en comparación con los transistores BJT.
• Fuentes de corriente.

16. BIBLIOGRAFIA
Páginas Web:
https://es.wikipedia.org/wiki/JFET
https://www.youtube.com/watch?v=o6mykTgnYYg
Libros:
Introducción al análisis de circuitos, autor Robert l Boylestad.
Fundamentos de electrónica física y microelectrónica, autor J. M. Albella.