Este documento describe el funcionamiento del transistor de efecto de campo JFET. Explica que el JFET controla el flujo de corriente entre el drenador y la fuente variando el voltaje aplicado a la compuerta. Describe las curvas de características del JFET y los diferentes métodos de polarización, incluyendo polarización fija, autopolarización y polarización por divisor de voltaje.

1. POLARIZACION DEL TRANSISTOR DE EFECTO DE
CAMPO DE UNION J-FET
(JUNTION FIELD EFFECT TRANSISTOR)
TEORIA PREVIA
El transistor de efecto de campo (JFET) tiene las siguientes ventajas y desventajas con
respecto del transistor bipolar
VENTAJAS
- su impedancia de entrada es extremadamente alta (típicamente 100M Ω o más).
- Su tamaño físico es aproximadamente un 20 o 30% del espacio que ocupa un BJT.
Esto lo hace idóneo para su integración en gran escala, sobre el MOSFET que es
más pequeño que el JFET.
- Su consumo de potencia es mucho más pequeña que la del BJT.
- Su velocidad de conmutación es mucho mayor que la del BJT.
- Es menos ruidoso que el BJT, esto lo hace idóneo para amplificadores de alta
fidelidad.
- Es afectado en menor grado por la temperatura.
DESVENTAJAS
- Su ganancia de voltaje es mucho menor que en el BJT.
- Es susceptible al daño en su manejo, sobre todo el MOSFET.
- Su ancho de banda o respuesta en frecuencia es menor que en el BJT.
CONSTRUCCIÓN

2. FUNCIONAMIENTO
1.- VGS = 0 y VDS variable
El canal n se comporta como una resistencia cuyo valor depende del voltaje existente entre
D y S. Cuando VDS llega a ser lo suficientemente grande la corriente iDS comienza a ser
constante, VDS puede incrementarse hasta BVDS0 (punto en el que ocurre el rompimiento
por avalancha), la nomenclatura significa “voltaje de ruptura entre D y S con VGS = 0”.
La curva que se obtiene para cuando se mantiene en corto las terminales de Gate y Source,
mientras varia el voltaje entre Dren y Source, es la siguiente:
IDSS = Corriente entre D y S con VGS = 0.
VPO = Voltaje entre D y S a partir del cual la corriente comienza a ser constante. Aquí
comienza la región de saturación
BVDS0 = Voltaje de ruptura entre D y S con VGS = 0.
NOTA: Como el canal N se comporta como una resistencia a medida que se incrementa
VDS, entonces el mismo potencial presente en el canal hace que se forme una región de

3. agotamiento o campo eléctrico que va incrementándose en intensidad hasta que se cierra
por completo en el punto A, cualquier aumento posterior en la tensión VDS mantendrá al
potencial de A con respecto de tierra constante, razón por la cual la corriente iDS comienza
a ser constante.
2.- VGS y VDS variables:
El voltaje VGS es negativo en los FET`S de canal N, esto para controlar la anchura del
canal, a medida que se incrementa VGS negativamente se origina una región de agotamiento
entre compuerta y fuente que va reduciendo la corriente iDS gradualmente:
Denotaremos por VPX a un voltaje cualquiera producido bajo la condición de un voltaje VGS
de valor “x” y en el cual la corriente comienza a hacerse constante (saturarse). La relación
existente entre el nuevo VPX y cualquier VGS es:

4. VPX = Vpo + VGS
BVDSX = BVDS0 + VGS
El canal se cierra por completo cuando VGS = VGsoff, en este momento la corriente iDS es
aproximadamente cero.
CURVA DE TRANSCONDUCTANCIA
Es una grafica de la corriente de salida en función del voltaje de entrada.
La ecuación que representa a esta curva es:
2
1 GS
DS DSS
GSoff
v
i I
V
 
= − ÷ ÷
 
ó iDS = IPO
2
1 GS
DS PO
PO
v
i I
V
 
= + ÷
 
donde IDSS = IPO y VGSoff = -Vpo
Algunos parámetros importantes del FET son los siguientes:
IDSS = Corriente de saturación entre D y S con la tensión VGS = 0.
VGSoff = Voltaje que produce la oclusión o cierre del canal.
IGSS = Corriente inversa de saturación entre G y S con VDS = 0.
BVDS0 = voltaje de ruptura entre D y S con VGS = 0.
BVGSS = Voltaje de ruptura entre G y S con VDS = 0.
YfS = Admitancia de transferencia directa para source común con VGS = 0.

5. EJERCICIO:
El JFET 2N5457 tiene los siguientes parámetros:
IDSS = 5mA
VGSoff = -6V
IGSS = 1nA
BVGSS = -25V
YFS  = gFS  = 5000 µS
1.- Obtener la ecuación de la curva de transconductancia.
2
5 1
6
GS
DS
v
i mA
 
= − ÷
− 
2
5 1
6
GS
DS
v
i mA
 
= + ÷
 
2.- Obtener la corriente entre drenador y fuente para los siguientes voltajes compuerta-
fuente.
VGS 0V -2 -4 -6 -8
iDS 5mA 2.22mA .555mA 0 .555mA
El resultado iDS = .555mA para VGS = -8 no existe ya que para el funcionamiento del FET
es solo media parábola.
3.- Calcular la impedancia de entrada de este dispositivo cuando VGS = -15V a temperatura
ambiente y a 100º C.
25
15
1
GS
i C
GSS
V V
Z
I nA
−
= =o

6. Zi = 15GΩ
T2-T1
10
100 25
100
(100 )
(100 )
( )=2
181.02
15
181
83
GSS C C
GSS C
C
C
i
i
i
I Z
I nA
V
Z
nA
Z M
=
=
−
=
= Ω
o
o
o
TRANSCONDUCTANCIA EN UN PUNTO
Si derivamos la ecuación de la curva de transconductancia se obtendrá el valor de la
conductancia en un punto en particular sobre la curva llamado gm:
2
1 GS
DSS
GSoffDS
m
GS GS
V
I
Vi
g
V V
 
∂ − ÷ ÷∂  = =
∂ ∂
2
1DSS GS
m
GSoff GSoff
I V
g
V V
 
= − ÷ ÷−  
gm indica que tanto control tiene el voltaje de entrada VGS sobre la corriente de salida:

7. En la figura se observa como para un mismo incremento de VGS se obtienen diferentes
amplitudes de corriente.
Q2 tiene mayor pendiente, es decir mayor conductancia, por lo tanto hay un mayor control
de iDS para el mismo VGS.
POLARIZACIÓN DEL JFET
Algunas de las formas típicas de polarización de un JFET son las siguientes:
- POLARIZACIÓN FIJA O DE COMPUERTA
- AUTOPOLARIZACIÓN
- POLARIZACION POR DIVISIÓN DE VOLTAJE
- POLARIZACION POR FUENTE DE CORRIENTE
POLARIZACIÓN FIJA
Al igual que en el BJT, la malla de entrada es la que polariza al JFET, en este caso la malla
de compuerta. Cabe mencionar que para este dispositivo la corriente de reposo es fijada por
el voltaje de compuerta.
ANALISIS
El voltaje en la compuerta siempre será negativo respcto al Terminal de Source en jun
JFET de canal N:
VGS = VG (+) – VS (-)

8. ANÁLISIS EN LA MALLA DE COMPUERTA
Ley de Voltajes de Kirchoff en malla de compuerta.
+VGG + VRG + VGS = 0
Como se supone que la unión compuerta-fuente esta polarizada inversamente, entonces
significa que no existe corriente y por lo tanto VRG = 0
VGS = -VGG
Esta ecuación representa la recta de polarización
Esta recta se muestra en la siguiente figura, la cual queda representada por una recta
vertical a lado izquierdo del eje de la corriente.
De la figura se observa la gran inestabilidad que puede experimentar el punto de operación
para el caso de los posibles cambios en los parámetros que puede presentar un FET aún
cuando tratándose del mismo tipo ya que las técnicas de fabricación no son tan perfectas
como para que IDSS y VGS off sean constantes de un dispositivo a otro.
Este tipo de polarización es la peor forma de polarizar a un JFET ya que el punto de
operación (IDSQ, VDSQ) bastante es inestable.
ANÁLISIS EN LA MALLA DEL DREN
Por Ley de Voltajes de Kirchoff
-VDD + VRD + VDS = 0
En terminus de la corriente de Dren:
VDD = IDSRD + VDS

9. iDS =
D
DSDD
R
VV −
Ecuación de la recta de carga en C.C.
En la figura, el punto de operación depende el punto de operación fijado en la curva de
transconductancia.
EJEMPLO: Encontrar la variación del punto de operación para el circuito mostrado:
VDD = 12V
VGG = -1V
RD = 470Ω
RG = 1MΩ
max
min
20
8
6
2
DSSMAX
DSSMIN
GSoff
GSoff
I mA
I mA
V V
V V
=
 =
 = −

 = −
FET 2N5486

10. SOLUCIÓN
IDSQmax = 20mA mA89.13
6
1
1
2
=





−
−
−
IDSQmin = 8mA mA2
2
1
1
2
=





−
−
−
∆IDSQ = 11.9mA
AUTOPOLARIZACIÓN
LVK en malla de compuerta
0=++ RSGSRG VVV
0=+ DSSGS iRV
S
GS
DS
R
V
i −=

11. A esta ecuación se le conoce como ecuación de la recta de polarización. Esta recta tiene
pendiente negativa y pasa por el origen, como se observa en la siguiente figura:
La recta representa una SR pequeña y proporciona un elevado valor de mg , ideal para
una buena ganancia de corriente, la desventaja es la inestabilidad debido a los cambios en
los parámetros del JFEt, como puede observarse.
La recta ofrece las mejores condiciones tales que no compromete la inestabilidad y los
valores de transconductancia, es decir, no se sacrifican una u otra.
La recta produce buena estabilidad del punto de operación, sin embargo produce
valores de mg bajos que se traducen en una baja ganancia de corriente.
Generalmente muchos diseñadores optan por el tipo de polarización dado por la recta
Este tipo de polarización es mejor que la polarización fija ya que el punto de operación es
más estable.
En la recta la SR puede llamarse óptima ya que esta recta pasa por el centro de una de
las curvas de transconductancia.
SR óptima puede calcularse:
GSoff
S
DSS
V
R
I
=
Las coordenadas del punto de operación cuando se presenta SR óptima es:
=DSQI 0.382 DSSI
=GSQV 0.382 GSoffV

12. Estas ecuaciones pueden demostrarse a partir del siguiente análisis:
2
1








−=
GSoff
GS
DSSDS
V
V
Ii
Normalizando:
2
1








−=
GSoff
GS
DSS
DS
V
V
I
i
Si el punto de operación esta a la mitad de la curva entonces:
K
V
V
I
i
GSoff
GS
DSS
DS
==
∴
( )
013
21
1
2
2
2
=+−
+−=
−=
KK
KKK
KK
Resolviendo la ecuación cuadrática:
48.2
382.0
2
1
=
−=
K
K
Como:
DSS
DS
I
i
K = ó
Y como DSi < DSSI entonces la solución es:
382.01 =K .
El mismo razonamiento se obtiene para GSQV
GSoffGSQ VV 382.0=
ANÁLISIS EN LA MALLA DE DREN
LVK en malla de compuerta
DSSDS IKi 1=

13. ( )
0DD RD DS RS
DD DS D S DS
V V V
V i R R
v
v
− + + =
= + +
A esta ecuación se le conoce como ecuación de la recta de carga en C.C.
EJERCICIO: Polarizar el FET de la figura de tal modo que el punto de operación se ubique
a la mitad de la curva de transconductancia y a la mitad de la recta de polarización.
Calcular además el valor de mg en el punto de operación.
Solución:
DSS
GSoff
S
I
V
R =
DD DS
DS
D S
V
i
R R
v−
=
+
Ω≈Ω= 220214SR

14. DSQ
RD
D
I
V
R =
La coordenada del punto Q cuando se elige Rs óptima es:
( )
mA
mA
R
I
VVV
I
V
R
VV
mAII
D
DSQ
RSDSQDD
DSQ
RD
D
GSQ
DSSDSQ
35.5
35.5220612
15.1
35.5382.0
−−
=
−−
==∴
−=
==
Ω= 900DR
GR se propone de un valor de tal modo que se aproveche la alta impedancia del JFET.
En este caso se propone de:
Ω= MRG 1
( )
( ) 





−
−
−
−−
=








−
−
=
3
5.1
1
3
142
1
2
mA
g
V
V
V
I
g
m
GSoff
GS
GSoff
DSS
m
Sgm µ5768=
POLARIZACIÓN POR DIVISOR DE VOLTAJE
Para simplificar el análisis en la malla de compuerta encontraremos el circuito equivalente
de Thévenin para facilitar.

15. LVK en malla de compuerta:
0RG GS RS
GG GS S DS
V V V
V R i
v
v
− + + + =
= +
GG GS
DS
S
V
i
R
v−
=
Esta ecuación representa la ecuación de la recta de polarización. Esta ecuación puede
escribirse como:
S
GG
GS
S
DS
R
V
V
R
i +−=
1
Es una recta con pendiente negativa y con la ordenada en el origen a
S
GG
R
V
como se
observa en la figura:

16. De la figura puede observarse que este tipo de polarización es mejor que las dos anteriores
debido a que ∆ DSQI es menor, sin embargo para conseguir esto es necesario aplicar
valores elevados de DDV para que GGV sea lo más grande posible y asi el punto de
operación sea más estable.
ANÁLISIS EN LA MALLA DE DREN
( ) DSSDDSDD
RSDSRDDD
VRRiV
VVVV
++=
++=
Esta es la Ecuación de la recta de carga
EJERCICIO: Polarizar un JFET por divisor de tensión y de tal modo que se cumplan los
siguientes datos:
Punto de operación a la mitad de la recta de carga y a la mitad de la curva de
transconductancia, el voltaje de alimentación VVDD 12= y calcular el valor de mg en el
punto de operación.
DS
DSDD
DS
RR
VV
i
+
−
=

17. Solución:
Se elige arbitrariamente 2=GGV V
mA
V
I
VV
Rs
Rs
VV
I
VVV
mAII
DSQ
GSQGG
GSQGG
DSQ
GSoffGSQ
DSSDSQ
06.3
91.3
91.1382.0
06.3382.0
=
−
=
−
=
−==
==
Ω=1278Rs
mA
V
I
VVV
R
DSQ
RSDSQDD
D
06.3
91.3612 −−
=
−−
=
Ω= 683DR
DD
GG
G
V
V
R
R
−
=
1
1
Eligiendo Ω= MRG 1
Ω= MR 2.11
G
GG
DD
R
V
V
R =2
Ω= MR 62
EJERCICIO: Para cada uno de los circuitos de polarización con FET, determinar el punto
de operación.
a)
Solución:
El punto de operación se obtiene analíticamente a partir de la intersección de la curva de
transconductancia con la recta de polarización.

18. Rs
VV
i
V
V
Ii
GSGG
DS
GSoff
GS
DSSDS
−
=








−=
2
1
igualando ambas ecuaciones obtenemos el punto de operación.
2
1








−=
−
GSoff
GSQ
DSS
GSQGG
V
V
I
Rs
VV
01
211
2
1
2
2
2
2
=+








−+
+−=
−
GSQ
GSoffDSS
GSQ
GSoff
GSoff
GSQ
GSoff
GSQ
DSS
GSQGG
V
VRsI
V
V
V
V
V
V
RsI
VV
Esta ecuación tiene analogía con:
GSQ
GSoffDSS
GSoff
Vx
c
VRsI
b
V
a
donde
cbxax
=
=
=−=
===
++
1
604.0
21
0625.0
16
11
2
2
Resolviendo la ecuación cuadratica:

19. ( ) ( )
( )
VV
V
GSQ
GSQ
546.7
0625.02
0625.04604.0604.0
1
2
−=
−−±−
=
VVGSQ 12.22 −=
Este último valor de GSQV es el correcto ya que para el otro, el canal estaría cerrado por
completo e 0=DSQI .
Rs
V
Rs
V
I
GSQRS
DSQ
−
==
mAIDSQ 767.1=
o de otra manera
2
4
212
18 





−
−
−= mAIDSQ
mAIDSQ 767.1=








−
−
=
GSoff
GSQ
GSoff
DSS
m
V
V
V
I
g 1
2
Sgm µ1880=
( )RsRIVV DDSQDDDSQ +−=
b)
VVDSQ 05.4=
1
2
12
6
3
25
100
1
1
1.6
50
1.2
OFF
DD
DSS
GS
ds
S
D
L
DATOS
V V
I mA
V V
r K
R K
R M
R K
R K
rs
R K
=
=
= −
= Ω
= Ω
= Ω
= Ω
= Ω
= Ω
= Ω

20. La curva de transconductancia es:
2
1








−=
GSoff
GS
DSSDS
V
V
Ii
La recta de polarización es:
Rs
VV
i GSGG
DS
−
=
igualando ambas ecuaciones para encontrar el punto de operación:
2
2
2
2
1
1
GSoff
GSQ
GSoff
GSQ
DSS
GSQGG
GSoff
GSQ
DSS
GSQGG
V
V
V
V
RsI
VV
V
V
I
Rs
VV
+−=
−








−=
−
Reacomodando:
9
11
01
211
2
2
2
2
==
++
=−+








−+
GSoff
SDSS
GG
GSQ
GSoffDSS
GSQ
GSoff
V
a
cbxax
RI
V
V
VRsI
V
V
( ) ( )
VV
V
c
V
V
RR
R
V
RsI
V
c
VRsI
b
GSQ
GSQ
GG
DDGG
DSS
GG
GSoffDSS
338.6
9
1
2
818.0
9
1
4833.0833.0
818.0
091.1
1
833.0
21
1
2
21
1
−=












−−±−
=
=
=
+
=
−=
=−=
VVGSQ 16.12 −=

21. ( )
1000
16.1091.1 −−
=
−
=
DSQ
GSQGG
DSQ
I
Rs
VV
I
mAIDSQ 25.2=
( )RsRIVV DDSQDDDSQ +−=
VVDSQ 15.6=








−=
GSoff
GSQ
GSoff
DSS
m
V
V
V
I
g 1
2
Sgm µ2451=