Clase jfet

Tema 8.- Transistores de efecto de campo

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TRANSITORES DE EFECTO DE CAMPO(Field effect transistor, FET)

INTRODUCCIÓN:Son dispositivos de estado sólidoTienen tres o cuatro terminalesEs el campo eléctrico el que controla el flujo de cargasEl flujo de portadores es de un único tipo ( o electrones ó huecos)Pueden funcionar en diferentes regiones de polarizaciónSegún en que región de polarización se encuentren, funcionan como:

Resistencias controladas por tensiónAmplificadores de corriente ó tensiónFuentes de corrienteInterruptores lógicos y de potencia


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INTRODUCCIÓN

Hay de bastantes tipos, pero los mas importantes son los:MOSFET (Metal-óxido semiconductor)

Normalmente tienen tres terminales denominados:DrenadorPuertaFuente ó surtidor

Son dispositivos gobernados por tensión La corriente de puerta es prácticamente nula (func. Normal)Utilizan un solo tipo de portadores de carga, (Por eso se llaman también unipolares):

Electrones si son de canal NHuecos si son de canal P


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COMPARACIÓN ENTRE FETs y BJTs

Los FETs necesitan menos área del chip, y menos pasos de fabr.Los BJts pueden generar corrientes de salida mas elevadas para conmutación rápida con cargas capacitivas.Los FETs tiene una impedancia de entrada muy alta En los Fets el parámetro de transconductancia (gm) es menor que en los BJts, y por lo tanto tienen menor ganancia.


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DIFERENTES TIPOS DE TRANSISTORES FET


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TRANSISTORES JFET

El transistor de efecto de campo de unión (JFET: junction field-effect transsitor) de canal N consiste en un canal semiconductor de tipo N con contactos óhmicos en cada extremo , llamados drenador y fuente (ó surtidor).

A los lados del canal hay regiones de material semiconductor tipo Pconectadas eléctricamente entre si y al terminal denominado puerta.La unión PN entre puerta y el canal es similar a la unión PN de un diodo.En las aplicaciones normales , esta unión debe estar polarizada inversamente.


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TRANSISTOR J-FET DE CANAL N

Cuanto mas negativa es la tensión inversa de polarización de una unión PN, mas ancha se hace la zona de deplexión (no conductora, libre de cargas),y por tanto en este caso mas se estrecha el canal conductor


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TRANSISTOR J-FET DE CANAL N

Cuando la zona no conductora ocupa toda la anchura del canal, decimos que ocurre un fenómeno llamado de estrangulamiento.La tensión de estrangulamiento Vto (VP) es valor necesario de la tensión puerta - canal para que desaparezca el canal conductor


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TRANSISTOR J-FET DE CANAL N (CONT)

La tensión de estrangulamiento Vto (Vp), es el valor necesario de la tensión puerta - canal para que desaparezca el canal conductor. En los JFET de canal N ésta tensión es esencialmente negativa: En funcionamiento normal, la tensión VGS debe ser: Vto<=VGS<=0En los JFET de canal N, el drenador es positivo respecto a la fuente.La corriente entra por el drenador y sale por la fuente.Como la resistencia del canal depende de la tensión puerta-fuente, la corriente de drenador se controla con VGS


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CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN JFET DE CANAL N

0 PGS VvEl J-FET es un dispositivo de tres estados:Zona de corte si : entonces: ID=IS=0

PDGPGD

PDGPGDPGS VVVVVsiactivaZona

VVVVVsióhmicaZonaVvconduccióndeZona

:

::

El límite entre la zona óhmica y la activa viene marcada en viene marcada por la igualdad VDG=-VP


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ZONAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN JFET DE CANAL N

El JFET es un dispositivo muy parecido a los MOSFET.

A tensiones VDS pequeñas, el dispositivo funciona como una resistencia controlada por la tensión VGS

Cuando VDS alcanza tensiones suficientemente elevadas, es decir cuando : PGSDSDG Vvvv Entonces polarización inversa de drenador es tan grande que el canal se estrangula, y un incremento adicional de VDS no afecta demasiado a la corriente de drenador, al igual que ocurre con los transistores MOSFET, el JFET entra en el estado activo, también llamado zona de saturación del canal. La corriente se hace prácticamente constante


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ESTADO ÓHMICO DEL TRANSISTOR JFET

PDGPGS VVademásyVV :

22 DSDSPGSD vvVvi

El JFET de canal N, se encuentra en el estado óhmico o zona óhmica si:

Entonces, la corriente de drenador viene dada por la expresión:

Donde β (K), tiene la expresión:D

Sin tNL

W

3

4

W,L,t, son la anchura, longitud, y espesor del canal. µn la movilidad de los electrones, ND la concentración del dopado, y εSi la constante dieléctrica del silicio


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Resistencia del JFET controlada por tensión

22 DSDSPGSD vvVvi

PGSJFETNDS

JFETNDSPGSD Vv

RvR

VVvi

2

1;

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PGSDS Vvv 2,0

Si en la ecuación:vDS es tan pequeño que el término cuadrático es despreciable, entonces:

Esta expresión se podrá considerar válida si:

Discusión interpretativa:Compare la definición dada de RN-JFET

con la de resistencia dinámica rd,JFET,:

DSQDQ VIDS

D

JFETd v

i

r,

,

1


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ESTADO ACTIVO DEL TRANSISTOR JFET

El JFET de canal N, se encuentra en el estado activo o zona de saturación del canal si:

PDGPGS VVademásyVV :

Entonces, la corriente de drenador viene dada por la expresión:

2PGSD Vvi

La corriente iD que circula cuando VGS es igual a cero y el transistor está en estado activo, se denomina IDSS

2pDSS VI

IDSS es un parámetro que suele aparecer en las hojas de características, junto con VP, de los cuales se puede deducir β

(VP negativo en los JFET N)

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