TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO. RESUMEN

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

RESUMEN

El transistor de efecto de campo, es un tipo de semiconductor el  cual    basa  su  funcionamiento en  una estructura de juntura unipolar, es decir a diferencia de un transistor TBJ, este nuevo tipo de transistores basa su estructura en un unión entre dos capas, las cuales pueden ser N y P, y el orden de estas para formas el transistor va a crear el tipo de transistor ya sea del tipo n o del tipo p, por ejemplo para el tipo N, un material P se enrolla alrededor de un material M para crear el material semiconductor, este material N va a forma un canal, y es cuando entra el concepto de efecto de campo, donde este campo eléctrico va a controlar la conductividad del canal, es por esto que el JFET es considerado dentro de los semiconductores, este dispositivo electrónico tiene la particularidad de poseer tres partes igual que los TBJ, solo que en este caso se van a denominar, fuente, compuerta y drenador, es decir consta de tres pines, más adelante se va a  analizar que ocurre cuando se aplica un determinado voltaje tanto a la compuerta como  al  drenador que  influencia tiene  en  el canal y como puede ayudarnos esto a la polarización del JFET, el cual mediante una aplicación DC puede ser usado como un switch analógico, teniendo en cuenta las limitaciones basadas  en  los  voltajes  de  saturación  y  de ruptura, este tipo de transistor se lo considera unipolar también porque solo van a actuar portadores mayoritarios ya sean estos huecos o electrones, dependiendo del tipo de transistor, también se tendrá en cuenta el estrangulamiento del canal el cual basa su función en los voltaje aplicado ya sea en el drenador como en la compuerta, por lo que este transistor de efecto de campo es un dispositivo controlado por voltaje.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

formando así un canal en cuyos extremos van a estar los terminales de fuente y de drenador y saliendo del material P el pin de compuerta, conforme se vaya aplicando un cierto voltaje positivo al drenador el canal va a presentar un estrangulamiento con prominencia hacia el lado del drenador, el paso de corriente a través del canal va a ser de forma casi lineal a través de un medio resistivo pero cuando finalmente se llega a la estrangulación se tiene una obstrucción al paso de electrones, todo esto ocurre cuando no se aplica un voltaje a la compuerta, por otro lado cuando se implementa el voltaje en la compuerta, este voltaje (negativo  en  capa  n)  va  a  producir  el  corte, estrangulamiento y por lo tanto conforma se vaya cerrando el   canal   la   corriente   en   el   drenador   va   a   seguir disminuyendo, y por lo tanto se puede concluir que el JFET es un dispositivo controlado por voltaje

INDICE DE TÉRMINOS

JFET: (Junction Field Effect Transistor, Transistor de Juntura con efecto de Campo), es un tipo de semiconductor que  utiliza  el  campo  eléctrico  para  controlar  la conductividad  de  su  canal,  dispositivo  controlado  por voltaje.

Estrangulamiento (JFET): momento de cierre del canal en el que el paso de electrones de un extremo (drenador-fuente) queda obstruido, esto por efecto de los voltajes aplicados.

Voltaje de corte (Vp):   Voltaje aplicado en la compuerta del JFET, que produce que la corriente en el drenador sea nula y además se produce el estrangulamiento o corte en el canal.

El   transistor   de   efecto   de   campo   es   un   tipo   de semiconductor controlado por voltaje, el cual tiene la singularidad de ser unipolar por actuar solamente portadores mayoritarios como electrones o huecos, entonces la juntura o unión de este tipo de dispositivos es solamente entre un material del tipo N y del tipo P, existen distintos tipos de transistor de efecto de campo como el JFET, el MOSFET, o MESFET, por el momento nos enfocaremos en los JFET, que son basados en la juntura de los material N y P antes mencionados propios de los semiconductores, entonces se va a tener dos tipos de JFET, los de capa n o los de capa p, para entender la juntura de un JFET se tendrá un transistor JFET del tipo n, el cual va a tener un material del tipo N y alrededor de este en forma de anillo un material del tipo P,

I.       CARACTERISTICAS DE LOS TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Y SUS SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS CON

LOS TBJ

Los  transistores  de  efecto  de  campo  son  conocidos  así debido a su interacción del campo eléctrico para su funcionamiento, este transistor es un dispositivo de juntura es  decir  se  unen  dos  capaz  con  características atómicas especiales, en este caso la juntura NP, cabe recalcar que un transistor de efecto de campo tiene tres partes, la fuente (S), el drenador (D) y la compuerta (G):

[pic 1]

Figura 1: Simbología del transistor de efecto de campo, siendo S, la fuente, G, la compuerta y D, el drenador.

Este dispositivo de juntura NP, controla la corriente del drenador por medio de un campo eléctrico, (Vgs), entonces se  producirá  el  efecto  de  campo  para  control,  a  este transistor se lo conoce como JFET o FET y está dentro del campo los transistores unipolares por la intervención para su funcionamiento solamente de portadores mayoritarios, ya sean estos electrones o huecos, esta es una diferencia con los TBJ, ya que en estos intervienen tanto portadores mayoritarios o minoritarios dependiendo del tipo de TBJ que se tenga.

Tenemos algunos tipos de JFET (Junction Field Effect Transistor, Transistor de  Juntura  con  efecto  de  Campo), dentro de los cuales está el: JFET, MOSFET (Metal-oxide- semiconductor Field-effect transistor) y el MESFET (Transistor de efecto de campo de metal-semiconductor).

[pic 2]

Figura 2: JFET (a) canal n, (b) canal p.

Tenemos los dos tipos de JFET los que tienen la flecha apuntando al terminal de la compuerta (G) conocido como N, y los del tipo P, cuya fecha está apuntando hacia afuera de la compuesta (G), esto para indicar la dirección de las corrientes del transistor, esta es otra diferencia con los TBJ, los cuales se dividen en dos tipos también pero estos por ser transistores bipolares de  juntura, tendrán configuraciones más deterministas como NPN o PNP.

Para un JFET tradicional se va a tener un material tipo N y a esto se lo va a envolver en un anillo de material tipo P, los extremos (S) y (D) van a ir a los extremos del material tipo N, en cambio la compuerta (G) va a ir conectada al material anillado (P), otra diferencia del TBJ este transistor va a tener tres partes características, el colector (C), la base (B) y el emisor (E).

Figura 3: JFET con canal n simétrico. (canal zona naranja) Se va a tener que la corriente que atraviesa un JFET pasará[pic 3]

a través del canal, la región del semiconductor, se van a tener dos voltajes relevantes en el JFET el (VDS) y el (VGS), cuyas limitaciones y explicaciones se explicarán más adelante.

Cabe recalcar que para un transistor JFET con canal tipo p, las regiones como se muestran en la figura 3 estarán invertidas, es decir cambiaran de lugar las zonas p y n.

[pic 4]

Figura 4: Estructura interna del JFET con los voltajes de polarización

Se  produce  la  juntura  unipolar  de  tipo  NP,  entre  la compuesta y el canal antes mencionado esto provocará una región vacía o desértica alrededor de la zona (G), causada por la polarización inversa de esta, esto provocará que IG

=0, y también el voltaje entre la compuesta y la fuente sea

resulte ser cero.[pic 5]

Figura 5: JFET de tipo canal-n cuando el voltaje compuerta-fuente es cero y un pequeño voltaje en el drenador.

Se tiene en este punto que existirá una corriente en el drenador a través del canal, entonces este canal de tipo n, será el camino comprendido entre el drenador y la fuente y que se comportará como resistencia, y el comportamiento de esta resistencia contra el voltaje positivo aplicado (siendo este pequeño será casi lineal)

[pic 6]

Figura 6: Comportamiento del canal-n del JFET para pequeños voltajes aplicados al drenador.

Conforme se siga aumentando el voltaje positivo en el drenador la región de espacio-carga será cada vez más ancha, entonces en el canal comenzará a producirse un estrangulamiento y el camino que conecta la fuente con el drenador será cada vez más angosto, esta contracción no es de forma uniforme o lineal, sino que tiende a estrangularse más en la parte del drenador.

En el caso del TBJ cuando se comenzaba a aumentar de forma  inversa  el  voltaje  en  el  punto  de  polarización se producía el efecto de avalancha y producía una polarización particular lo que incurría que este transistor trabajara ya sea en la región de corte o en la región de saturación, en el JFET también existe una región de saturación y esta se produce cuando se sigue aumentando el voltaje en el drenador, lo que produce que el canal que contraiga por completo, provocando su estrangulamiento, entonces se llegará a un voltaje VDS, el cual se conoce como el voltaje de drenaje de saturación VDS(sat).

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