TRANSITORES

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.

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

Los símbolos de este tipo de dispositivos son

Figura 2: Símbolos de los transistores JFETLas explicaciones incluidas en este capítulo se refieren fundamentalmente al transistor NJFET, teniendo en cuenta que el principio de operación del PJFET es análogo.

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.

Valores pequeños del voltaje drenaje-fuenteLa 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.

Modelo estático idealPara 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

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

del transistor NMOS de enriquecimiento

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.

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

Símbolos de diferentes transistores de efecto de campo

Mosfet de empobrecimiento.

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

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

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.

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).

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.

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.

Muestra de dos diodos rectificadores

.

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.

componentes miniaturizados