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Transistor de Efecto de Campo

Dispositivos Electronicos
by

Ricardo Gaytan

on 25 April 2013

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Transcript of Transistor de Efecto de Campo

Transistor FET
Field Effect Transistor El FET (Field Effect Transistor) es un transistor de efecto de campo. De igual manera que un BJT, el FET es un dispositivo de 3 terminales.

El transistor BJT es un dispositivo controlado por corriente.
El FET es un dispositivo controlado por voltaje.

Existen 2 tipos de transistores BJT: NPN y PNP.
De igual manera, para los FET, existen 2 tipos: Canal N y Canal P.

El FET es un dispositivo unipolar, ya que depende únicamente de la conducción de electrones(canal N) o de huecos (canal P).

Gran impedancia de entrada Con un nivel de 1 y hasta varios cientos de Megaohms más que un BJT. Los FET no son tan sensibles ante los cambios de una señal como los BJT.

Un FET es más estable a la temperatura que un BJT.

Para la mayoría de las aplicaciones lineales, el dispositivo más usado es el transistor bipolar. Pero hay algunas aplicaciones lineales en las cuales el FET es el más apropiado, ya que tiene una alta impedancia de entrada y otras propiedades. Por otra parte, el FET es el dispositivo preferido para aplicaciones en las que funciona como interruptor. ¿Por que? Porque no hay portadores minoritarios en un FET.
Como resultado, puede cortar más rápidamente, ya que no existe carga almacenada que deba eliminar de la unión. JFET MOSFET La imagen (a) muestra una sección de semiconductor tipó n. El extremo inferior se Ilama fuente (source) y el superior drenador (drain). La fuente de alimentación VDD obliga a los electrones libres a circular desde la fuente hacia el drenador. Para producir un JFET, el fabricante difunde dos áreas de semiconductor tipó p en el semiconductor tipo n, como se muestra en la imagen (b). Estas dos áreas p están conectadas internamente para tener un solo terminal de conexión externo llamado puerta (gate). EFECTO DE CAMPO
La imagen muestra la manera normal de polarizar un JFET. 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. La recombinación de los electrones libres y los huecos crea las
zonas de deplexión mostradas por las áreas sombreadas. LA TENSIÓN DE PUERTA CONTROLA LA CORRIENTE DE DRENADOR CORRIENTE DE PUERTA
La puerta tipo p y la fuente tipo n forman el diodo puerta-fuente. En un JFET siempre polarizamos en inversa el diodo puerta-fuente. Debido a la polarización inversa, la corriente de puerta IG es aproximadamente cero, o lo que es equivalente, un JFET tiene una resistencia de entrada casi infinita.
Un JFET típico tiene una resistencia de entrada de cientos de megaohmios.
Ésta es la gran ventaja que tiene un JFET sobre un transistor bipolar. Y es la razón de que los JFET sean excelentes en aplicaciones en las que se requiere una gran impedancia de entrada. Los electrones que circulan desde la fuente hacia el drenador deben pasar a través del estrecho canal situado entre las dos zonas de deplexión. Cuanto más negativa sea la tensión de puerta, más se expande la capa de deplexión y más estrecho sera el canal de conducción. En otras palabras, la tensión de puerta puede controlar la corriente a través del canal. Cuanto más negativa sea la tensión de puerta, menor será la corriente entre la fuente y el drenador.
El JFET actúa como un dispositivo controlado por tensión, ya que una tensión de entrada controla una corriente de salida. En un JFET, la tensión puerta-fuente VGS determina cuánta corriente circula entre la fuente y el drenador. Cuando VGS es cero, la corriente máxima de drenador circula a través del JFET. Por otra parte, si VGS es suficientemente negativa, las capas de deplexión entran en contacto y la corriente se corta. SÍMBOLO ELÉCTRICO El JFET de la imagen se llama JFET de canal n debido a que el canal entre la fuente y el drenador está hecho de semiconductor tipo n. La imagen (a) muestra el símbolo eléctrico de un JFET de canal n. En muchas aplicaciones de baja frecuencia, la fuente y el drenador son intercambiables debido a que se puede usar uno de los terminales como fuente y el otro como drenador.
La imagen (b) muestra un símbolo alternativo para un JFET de canal n. Este símbolo con puerta desplazada es preferido por muchos ingenieros y técnicos. La posición del terminal de la puerta se desplaza al final del dispositivo. SÍMBOLO ELÉCTRICO Existe también un JFET de canal p. El símbolo eléctrico de un JFET de canal p es similar al del JFET de canal n, excepto en que la flecha de la puerta apunta desde el canal hacia la puerta. La acción de un JFET de canal p es complementaria, lo que significa que todas las tensiones y corrientes están invertidas. ANALOGÍA GATE DRAIN SOURCE CARACTERÍSTICAS DE SALIDA En la imagen (a) se muestra un JFET con tensiones de polarización normales.
En este circuito, la tensión de puerta-fuente VGS es igual a la tensión de alimentación de la puerta VGG, y la tensión de drenador-fuente VDS es igual a la tensión de alimentación de drenador VDD. Ejemplo CORRIENTE DE DRENADOR MÁXIMA IDSS representa la corriente desde el drenador hacia la fuente con la puerta en cortocircuito. Ésta es la corriente de drenador máxima que un JFET puede conducir. Todas las hojas de caracteristicas de los JFET dan el valor de IDSS. Éste es uno de los parametros del JFET más importantes. LA ZONA OHMICA En la imagen, la tensión 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 óhmica actúa como una resistencia pequeña con un valor aproximado de: RDS es la resistencia óhmica del JFET. En la imagen Vp = 4 V e IDSS = 10 mA. De esta forma, la resistencia óhmica vale: Si el JFET funciona en cualquier lugar de la zona óhmica, tiene una resistencia óhmica de 400 ohms. El transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET (en inglés Metal-oxide-semiconductor Field-effect transistor) es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales, aunque el transistor de unión bipolar fue mucho más popular en otro tiempo. Prácticamente la totalidad de los microprocesadores comerciales están basados en transistores MOSFET. El término 'metal' en el nombre de los transistores MOSFET es actualmente incorrecto debido a que el material de la compuerta, que antes era metálico, ahora se construye con una capa de silicio policristalino. En sus inicios se utilizó aluminio para fabricar la compuerta, hasta mediados de 1970 cuando el silicio policristalino comenzó a dominar el mercado gracias a su capacidad de formar compuertas auto-alineadas. Estructura del MOSFET en donde se muestran las terminales de compuerta (G), sustrato (B), surtidor (S) y drenador (D). La compuerta está separada del cuerpo por medio de una capa de aislante (blanco). Las compuertas metálicas están volviendo a ganar popularidad, debido a que es complicado incrementar la velocidad de operación de los transistores sin utilizar componentes metálicos en la compuerta. De manera similar, el 'óxido' utilizado como aislante en la compuerta también se ha reemplazado por otros materiales con el propósito de obtener canales fuertes con la aplicación de tensiones más pequeñas. Aunque el MOSFET es un dispositivo de cuatro terminales llamadas surtidor (S), drenador (D), compuerta (G) y sustrato (B), el sustrato generalmente está conectado internamente a la terminal del surtidor, y por este motivo se pueden encontrar dispositivos de tres terminales similares a otros transistores de efecto de campo. Un transistor de efecto de campo de compuerta aislada o IGFET (Insulated-gate field-effect transistor) es un término relacionado que es equivalente a un MOSFET. El término IGFET es un poco más inclusivo, debido a que muchos transistores MOSFET utilizan una compuerta que no es metálica, y un aislante de compuerta que no es un óxido. Otro dispositivo relacionado es el MISFET, que es un transistor de efecto de campo metal-aislante-semiconductor (Metal-insulator-semiconductor field-effect transistor). Existen distintos símbolos que se utilizan para representar el transistor MOSFET. El diseño básico consiste en una línea recta para dibujar el canal, con líneas que salen del canal en ángulo recto y luego hacia afuera del dibujo de forma paralela al canal, para dibujar el surtidor y el drenador. En algunos casos, se utiliza una línea segmentada en tres partes para el canal del MOSFET de enriquecimiento, y una línea sólida para el canal del MOSFET de empobrecimiento. Otra línea es dibujada en forma paralela al canal para destacar la compuerta. SIMBOLO Existen dos tipos de transistores MOSFET, ambos basados en la estructura MOS.
Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre el drenador y el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta. La tensión de la compuerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de manera que se forma una región de inversión, es decir, una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente. El término enriquecimiento hace referencia al incremento de la conductividad eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la región correspondiente al canal. El canal puede formarse con un incremento en la concentración de electrones (en un nMOSFET o NMOS), o huecos (en un pMOSFET o PMOS). De este modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y tiene un canal de tipo n, mientras que un transistor PMOS se construye con un sustrato tipo n y tiene un canal de tipo p.
Los MOSFET de empobrecimiento tienen un canal conductor en su estado de reposo, que se debe hacer desaparecer mediante la aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y una disminución respectiva de la conductividad. La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados PMOS, NMOS y CMOS, debido a las siguientes ventajas de los transistores de efecto de campo con respecto a los transistores bipolares:

Consumo en modo estático muy bajo.
Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra).
Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño. Ventajas con respecto a trasistores bipolares Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una impedancia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nanoamperios.
Los circuitos digitales realizados con MOSFET no necesitan resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva.
La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos.
Cada vez se encuentran más en aplicaciones en los convertidores de alta frecuencias y baja potencia. SIMBOLO Ing. Ricardo Gaytán
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