TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Nombre: Cristian Gámez

C.I. 17.320.013

Los transistores más conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP),llamados así porque la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante baja. Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo (FET)

Los más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator Semiconductor FET).

Poseen tres terminales, denominadas: puerta (Gate), drenador (Drain) y fuente (Source) ; se comportan como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.

INTRODUCCIÓN

TRANSISTORES FET

Transistor de Efecto de Campo: son dispositivos semiconductores donde el control de la corriente se realiza mediante un campo eléctrico.

Características Principales:

Dispositivo unipolar: un único tipo de portadores de carga.Ocupa menos espacio en un circuito integrado que el bipolar, lo que

supone una gran ventaja para aplicaciones de microelectrónicaTienen una gran impedancia de entrada (del orden de MΩ) Posee más inmunidad al ruido

Tipos de transistores de efecto campo:

De unión: JFET o simplemente FET (transistor de efecto de campo de

unión)De puerta aislada:

IGFET, MOS, MOST o MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido semiconductor )

TRANSISTORES FET

CLASIFICACIÓN DE LOS FET

TRANSISTORES FET

Estructura de los JFET Barra semiconductora con contactos óhmicos en los extremos. Puerta o elemento de control muy impurificado con portadores distintos a

los de la barra. Elementos:

Fuente o surtidor (S), Drenador o Drenaje (D), Puerta (G), Canal (región situada entre las dos difusiones de puerta.

La tensión puerta surtidor (VGS) polariza inversamente las uniones.

Analogía FET-BJT (La polarización no es la misma)

“S” “E” “G” “B” “D” “C”

TRANSISTORES FET

Los transistores JFET pueden ser de canal n o canal p

JFET de canal p S, D tipo p Símbolo

(pJFET) G tipo n

JFET de cana n S, D tipo n Símbolo

(nJFET) G tipo p

TRANSISTORES FET

Zonas de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):

Zona Óhmica o Lineal: En esta zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de VGS.

Zona de Saturación: En esta zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS

Zona de Corte: La intensidad de drenador es nula (ID=0).

En el FET la relación entre ID y VGS está dada por la ecuación de

Schotkley: ID = IDSS (1 - (VGS/VP))²

IDss y Vp son valores que se obtienen de la hoja del fabricante

TRANSISTORES FET

PARAMETROS COMERCIALES

Se presenta a continuación algunas de las características de los transistores JFET que ofrecen los fabricantes en las hojas de datos:

IDSS: Es la corriente de drenaje cuando el transistor JFET se encuentra en configuración de fuente común y se cortocircuita la puerta y la fuente (VGS=0). En la práctica marca la máxima intensidad que puede circular por el transistor. Conviene tener en cuenta que los transistores JFET presentan amplias dispersiones en este valor.

VP (Pinch-Off Voltage): es la tensión de estrangulamiento del canal. Al igual que IDSS, presenta fuertes dispersiones en su valor.

RDS (ON): Es el inverso de la pendiente de la curva ID/VDS en la zona lineal. Este valor se mantiene constante hasta valores de VGD cercanos a la tensión de estrangulamiento.

BVDS (Drain-Source Breakdown Voltage): es la tensión de ruptura entre fuente y drenaje. Tensiones más altas que BVDS provocan un fuerte incremento de ID.

BVGS (Gate-Source Breakdown Voltage): es la tensión de ruptura de la unión entre la puerta y la fuente, que se encuentra polarizada en inversa. Valores mayores de BVGS provocan una conducción por avalancha de la unión.

APLICACIÓN VENTAJAS 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 ganacia

Receptores, generadores de

señales

Amplificador cascodo Baja capacidad de entrada

Instrumentos de medición, equipos de

prueba

Amplificador de baja frecuencia

Capacidad pequeña de acoplamiento

Audífonos para sordera, transductores

inductivos

TRANSISTORES FET

TRANSISTORES FET

POLARIZACIÓN DEL FET

TRANSISTORES FET

POLARIZACIÓN DEL FET

TRANSISTORES MOSFET

MOSFETEs un dispositivo de cuatro terminales llamados surtidor (S), drenador

(D), compuerta (G) y sustrato (B). Sin embargo, el sustrato generalmente está conectado internamente al terminal del surtidor, y por este motivo se pueden encontrar dispositivos MOSFET de tres terminales.

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 más inclusivo, ya que muchos transistores MOSFET utilizan una compuerta que no es metálica, y un aislante de

compuerta que no es un óxido. ESTRUCTURA DEL MOSFET

Un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) se basa en controlar la concentración de portadores de carga mediante un condensador MOS existente entre los electrodos del sustrato y la compuerta. La compuerta está localizada encima del sustrato y aislada de todas las demás regiones del dispositivo por una capa de dieléctrico, que en el caso del MOSFET es un óxido, como el dióxido de silicio.

TRANSISTORES FET

Existen cuatro tipo de transistores tipo MOS

Enriquecimiento de canal N Enriquecimiento de canal P Empobrecimiento de canal N Empobrecimiento de canal P

La característica constructiva común a todos los tipos de transistor MOS es que el terminal de puerta (G) está formado por una estructura de tipo

Metal/Óxido/Semiconductor.

El óxido es aislante, con lo que la corriente de puerta es prácticamente nula, mucho menor que en los JFET. Por ello, los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia.

SIMBOLOS

TRANSISTORES MOSFET

MODO DE OPERACIÓN

Corte Óhmica o lineal Saturación o Activa

Cuando VGS < Vth

En esta zona la Id=0Vth: tensión umbral del transitor

Cuando VGS >Vth y VDS < ( VGS – Vth )

Cuando VGS > Vth y VDS > ( VGS – Vth )

ID = k(VGS-VT)2

CURVA CARACTERISITCA Y DE TRANSFERENCIA DE UN MOSFT DE CANAL N

TRANSISTORES MOSFET

POLARIZACIÓN DEL MOSFET

TRANSISTORES MOSFET

POLARIZACIÓN DEL MOSFET

TRANSISTORES MOSFET

EL MOSFET COMO INVERSOR.El funcionamiento del transistor MOSFET en conmutación implica que la

tensión de entrada y salida del circuito posee una excursión de tensión, elevada (de 0 a VDD) entre los niveles lógicos alto H (asociada a la tensión VDD) y bajo L (asociada a la tensión 0). Para el nivel bajo, se persigue que VGS > Vt y que el transistor se encuentre trabajando en la región óhmica, con lo cual VDS << 1. Mientras que para en el nivel alto, se persigue que la tensión de salida sea elevada, y en general, que el transistor esté funcionando en la región de corte, con VDS >> 1. Se puede considerar que, el transistor MOSFET es capaz de funcionar como un interruptor.

El transistor MOSFET en conmutación, basado en un interruptor con resistencia de Drenador, es fundamental en circuitos digitales, puesto que la conmutación de corte a saturación y viceversa, implica unos tiempos de retardo de gran importancia en estos sistemas.

El MOSFET COMO INTERRUPTOR.

Sabemos que si en un MOSFET la tensión entre la Puerta y la Fuente es menor que la tensión umbral, VGS<VT, el transistor está cortado. Es decir, entre los terminales de Fuente y Drenador, la corriente es nula, ya que existe un circuito abierto. Sin embargo, cuando VGS es mayor que VT se crea el canal, y el transistor entra en conducción. Cuanto mayor es la tensión de puerta menor es la resistencia del canal, y ésta puede llegar a aproximarse a un cortocircuito. Así, el MOSFET es capaz de funcionar como un interruptor.

TRANSISTORES MOSFET

Resistencia controlada por tensión Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET). Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta Son muy populares para aplicaciones de baja tensión, baja potencia y

conmutación resistiva en altas frecuencias, como fuentes de alimentación conmutadas, motores sin escobillas y aplicaciones como robótica, CNC y

electrodomésticos. La mayoría de sistemas como lámparas, motores, drivers de estado sólido,

electrodomésticos, etc. utilizan dispositivos de control, los cuales controlan el flujo de energía que se transfiere a la carga. Estos dispositivos logran alta

eficiencia variando su ciclo de trabajo para regular la tensión de salida.

APLICACIONES

TRANSISTORES JFET Y MOSFET

CONCLUSIONES El FET es un dispositivo activo que funciona como una fuente de corriente

controlada por voltaje. Básicamente el voltaje en la compuerta VGS, controla la corriente ID entre el drenador y la fuente. Para el JFET, la ecuación que da cuenta del comportamiento es la ley de Schockley,

Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. El Mosfet gracias a su gran velocidad de conmutación presenta una gran versatilidad de trabajo; este puede reemplazar dispositivos como el JFET.

Los Mosfet se emplean para tratar señales de muy baja potencia esto es una gran ventaja ya que pueden ser utilizados en una gran gama de aplicaciones.

Las pérdidas de potencia del MOSFET son un factor tomado en cuenta para la selección de un dispositivo de conmutación. La elección no es sencilla, pues no puede decirse que el MOSFET tenga menores o mayores pérdidas que un BJT en un valor específico de corriente.

Las pérdidas por conmutación en el encendido y apagado juegan un papel más importante en la selección. La frecuencia de conmutación es también muy importante.