Este documento describe dos tipos de transistores de efecto de campo, JFET y MOSFET. Explica sus principios de funcionamiento, estructuras internas y aplicaciones. También compara transistores bipolares con MOSFET, señalando que los MOSFET ocupan menos espacio y son más simples de fabricar, lo que los ha hecho omnipresentes en la electrónica digital.

1. TRANSITORES

2. MOSFET y JFET
Hay dos familias de transistores de efecto de campo los JFET y los
MOSFET.
Pese a que el concepto básico de los FET se conocía ya en 1930,
estos dispositivos sólo empezaron a fabricarse comercialmente a partir de
la década de los 60, y a partir de los 80 los transistores de tipo MOSFET
han alcanzado una enorme popularidad, comparados con los BJT, los
transistores MOS ocupan menos espacio, es decir, dentro de un circuito
integrado puede incorporase un numero mayor.
Además su proceso de fabricación es también más simple, además, existe un gran
número
funciones lógicas que pueden ser implementadas únicamente con
transistores MOS sin resistencias ni diodos, esto ha hecho del transistor
MOS el componente estrella de la electrónica digital.
En este tutorial se explica el principio de funcionamiento de ambos tipos
de dispositivos, así como sus modelos circuitales elementales.

3. 1TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (JFET)
Un JFET de canal N se fabrica difundiendo una región de tipo P en un canal de tipo N, tal
y como se muestra en la Figura 1. a ambos lados del canal se conectan los
terminales de fuente S, Source y drenaje (D, Drain), el tercer terminal se denomina
puerta (G, Gate).
Figura 1 Esquema del transistor JFET de canal N

4. Los símbolos de este tipo de dispositivos son
Figura 2: Símbolos de los transistores JFET
Las explicaciones incluidas en este capítulo se refieren fundamentalmente al
transistor NJFET, teniendo en cuenta que el principio de operación del PJFET es
análogo.

5. Figura 3: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con la tensión de bloqueo
Por lo tanto, para valores más negativos que VP el transistor NJFET se encuentra
polarizado en la región de corte, y la corriente de drenaje resulta ser nula.

6. Valores pequeños del voltaje drenaje-fuente
La Figura 4 presenta la situación que se obtiene cuando se polariza la unión GS
con una tensión negativa, mientras que se aplica una tensión entre D y S menor.

7. Modelo estático ideal
Para el transistor NJFET, el modelo viene representado en la
Figura 10. El valor de ID depende de la región de funcionamiento
del transistor.
Figura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFETFigura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFETFigura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFET

8. TRANSISTOR MOSFET
Las prestaciones del transistor MOSFET son similares a las del JFET, aunque su principio de
operación y su estructura interna son diferentes. Existen cuatro tipos de
transistores MOS.
Transistores MOSFET

9. del transistor NMOS de enriquecimiento

10. del transistor NMOS de enriquecimiento
Supongamos que se aplica una tensión VDS mayor que cero mientras
que VGS se mantiene en cero. Al aplicar una tensión positiva a la zona N
del drenaje, el diodo que forma éste con el sustrato P se polarizará en inversa, con
lo que no se permitirá el paso de corriente: el MOS estará en corte.
Sigamos suponiendo, y pensemos ahora que aplicamos un potencial VGS positivo,
mientras mantenemos la VDS positiva también. La capa de aislante de la puerta es
muy delgada, tanto que permite al potencial positivo aplicado repeler a los huecos
y atraer a los electrones del material P. A mayor potencial aplicado, mayor número
de electrones será atraído, y mayor número de huecos repelido. La consecuencia
de este movimiento de cargas es que debajo del terminal G se crea un canal
negativo, de tipo N, que pone en contacto el drenaje con la fuente. Por este canal
puede circular una corriente. Recapitulando, por encima de un valor positivo VGS =
VTH se posibilita la circulación de corriente ID (Figura 13). Nos encontramos ante
una región de conducción lineal.

11. TRANSISTORES UNIPOLARES
El funcionamiento de los transistores bipolares expuesto anteriormente
está basado en el movimiento de dos tipos de cargas, electrones y huecos,
de ahí el prefijo bi-; además, las uniones PN se polarizan en sentido
directo e inverso. Otro tipo de transistores muy importante son los
unipolares que se basan en el movimiento de un solo tipo de cargas,
electrones o huecos, por ello el prefijo uni-. En este tipo de transistor,
las uniones PN se polarizan siempre en inverso. El funcionamiento de estos
transistores es significativamente diferente a los bipolares.
Los transistores unipolares se dividen en dos grupos, los transistores de unión de
efecto de campo, JFET o FET, que a su vez se dividen en transistores de canal N y
transistores de canal P, y los transistores metal-óxido-semiconductor de efecto de
campo o MOSFET. Dentro de este grupo se distinguen dos subgrupos, MOSFET
de enriquecimiento y MOSFET de empobrecimiento, que se dividen al igual que
los FET en canal N y canal P. La figura a continuación muestra la simbología para
los diferentes tipos de transistores

12. Símbolos de diferentes transistores de efecto de campo

13. Mosfet de empobrecimiento.

14. MOSFET de enriquecimiento. La diferencia con el transistor de empobrecimiento esta en
que en la pastilla de semiconductor N se difunden dos zonas tipo P, para el transistor de
canal

15. Condensador de acoplo
Un condensador de acoplo transmite una señal de alterna de un nudo a otro del circuito. La figura 5
muestra un condensador de acoplo. El condensador debe comportarse como un cortocircuito para
alterna, a la frecuencia más baja que pueda tener el generador, es decir, si se tiene un generador que
varia entre 100 Hz y 10 KHz, el condensador tiene que ser un cortocircuito para la frecuencia de n
100 Hz

16. Condensador de desacoplo
La figura 6 representa un condensador de desacoplo. Lo que se consigue con este montaje es que la
corriente alterna no pase por la resistencia. Como el condensador es un cortocircuito para altas
frecuencias la corriente alterna fluye por él y se deriva a tierra.

17. El resultado es una región de agotamiento en cada unión, como se ilustra en la figura
siguiente, que se parece a la misma región de un diodo bajo condiciones sin polarización.
Recuérdese también que una región de agotamiento es aquella región carente de
portadores libres y por lo tanto incapaz de permitir la conducción a través de la región.
Transistor de unión de efecto de campo (JFET).

18. La fuente de la presión
La fuente de la presión del agua puede semejarse al voltaje aplicado del drenaje a la
fuente, el cual establecerá un flujo de agua electrones desde el grifo o
llave fuente, la compuerta, por medio de una señal aplicada potencial, controla el
flujo del agua carga hacia el drenaje. Las terminales del drenaje y la fuente
están en los extremos opuestos del canal-n, como se ilustra en la figura anterior, debido
a que la terminología se define para el flujo de electrones.
Analogía hidráulica para el mecanismo de control del JFET.

19. Muestra de dos diodos rectificadores
silicio de diferentes características y encapsulados
también diferentes, ambos comparados con un céntimo
de euro.
El diodo de arriba, de menor tamaño, puede
soportar una corriente de1 ampere y trabajar con un
voltaje de 1000 volt.
A ese diodo le corresponde un encapsulado DO-41. El diodo de
abajo, de mayor tamaño, puede soportar una corriente de 10
ampere y trabajar, igualmente, con un voltaje de 1000 volt, pero
a diferencia del anterior a este le corresponde un encapsulado
R-6.

20. Muestra de dos diodos rectificadores
.

21. componentes miniaturizados
Existen también componentes miniaturizados para montar directamente
sobre circuitos impresos, denominados SMD Surface Mount Device
Dispositivo de montaje en superficie.
Entre esos componentes podemos encontrar, igualmente, diodos de
silicio como los que aparecen en la foto de la izquierda identificados
como D7 y D8. Nótese los pocos milímetros que poseen tanto esos
dos diodos como el resto de los componentes que le acompañan
capacitores C y resistencias R.

22. componentes miniaturizados