Amplificador FET

El desempeño del transistor de efecto de campo fue propuesto por w. shockley en 1952 cuyo parámetro de control es la tensión en vez de la corriente.

El FET es un dispositivo unipolar, ya que la corriente existe tanto en forma de electrones como de huecos.

En un FET de canal n, la corriente se debe a electrones, mientras que en un FET de canal p, se debe a huecos.

Ambos tipos de FET se controlan por una tensión entre la compuerta y la fuente.

Al comparar el FET con el BJT se aprecia que el drenaje (d) es análogo al colector, en tanto que la fuente (s) es análoga al emisor. Un tercer contacto la compuerta (g) es análogo a la base. La fuente y el drenaje de un FET se pueden intercambiar sin afectar la operación del transistor.

. Ventajas y desventajas del FET

Las ventajas del FET pueden resumirse como sigue:

1. Son dispositivos sensibles a la tensión con alta impedancia de entrada (del orden de 107 W ). Como esta impedancia de entrada es considerablemente mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada de un amplificador multietapa.

2. Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.

3. Los FET so más estables con la temperatura que los BJT.

4. Los FET son, en general, más fáciles de fabricar que los BJT pues suelen requerir menos pasos de enmascaramiento y difusiones. Es posible fabricar un mayor número de dispositivos en un circuito integrado (es decir, puede obtener una densidad de empaque mayor).

5. Los FET se comportan como resistores variables controlados por tensión para valores pequeños de tensión de drenaje a fuente.

6. La alta impedancia de entrada de los FET les permite almacenar carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.

7. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

Existen varias desventajas que limitan la utilización de los FET en algunas aplicaciones:

1. Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada.

2. Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre.

3. Los FET se pueden dañar al manejarlos debido a la electricidad estática.

2. Tipos de FET

Se consideran tres tipos principales de FET:

1. FET de unión (JFET)

2. FET metal óxido semiconductor de empobrecimiento (MOSFET de empobrecimiento)

3. FET metal óxido semiconductor de enriquecimiento (MOSFET de enriquecimiento)

Con frecuencia el MOSFET se denomina FET de compuerta aislada (IGFET, insulated-gate FET).

Operación y construcción del FET

El FET es un dispositivo de tres terminales, pero solo tiene una unión pn en vez de dos como en el BJT.

El JFET de canal n, se construye utilizando una cinta de material de tipo n con dos materiales de tipo p difundidos en ella, uno en cada lado.

El JFET de canal p tiene una cinta de material de tipo p con dos materiales de tipo n difundidos en ella.

Para comprender la operación del JFET, se conecta el JFET de canal n a un circuito externo. Se aplica una fuente de tensión VDD, al drenaje y se envía a tierra. Una fuente de tensión de compuerta VGG, se aplica a la compuerta.

VDD proporciona una tensión drenaje a fuente VDS, que provoca una corriente de drenaje ID, del drenaje a la fuente. La corriente de drenaje iD, que es idéntica a la corriente de la fuente, existe en el canal rodeado por la compuerta de tipo p. la tensión compuerta a fuente VGS, que es igual a -VGG , crea una región desértica en el canal, que reduce el ancho de este y por tanto aumenta la resistencia entre drenaje y fuente . Como la unión compuerta fuente – fuente esta polarizada en inverso, el resultado es una corriente de compuerta nula.

Considerando la operación de un JFET con VGS=0 la corriente de drenaje iD, a través del canal n del drenaje a la fuente provoca una caída de tensión a lo largo del canal, con el potencial más alto en la unión drenaje-compuerta. Esta tensión positiva en la unión drenaje-fuente polariza en inverso la unión pn y produce una región desértica. Cuando se incrementa VDS también aumenta la corriente de drenaje Id. Si se aumenta VDS más allá del punto donde se forma la región desértica ID permanece constante.

Variación de la tensión compuerta a fuente en el FET

Conforme se incrementa VGS (más negativo para un canal n y más positivo para un canal p), se forma la región desértica y se cierra para un valor menor que ID. Por tanto para el JFET de canal n la iD máxima se reduce desde iDSS conforme VGS se hace más negativo. Si VGS disminuye aun mas (más negativo), se alcanza un valor VGS, después del cual iD será cero sin importar el valor de VDS. Este valor de VGS se denomina vGsoff, o tensión de estrangulamiento (Vp). El valor de Vp es negativo para un JFET de canal n y positivo para un JFET de canal p.

Curvas características ID – VDS PARA UN JFET

Características de transferencia del JFET

Un método útil para determinar la característica de transferencia es con ayuda de la siguiente ecuación (ecuación shockley):

Por lo tanto se necesita conocer iDss y Vp las hojas de datos de los fabricantes a menudo dan estos parámetros, si iD se satura (es decir, se vuelve constante) conforme VDs excede la tensión necesaria para que el canal se estrangule. Esto se puede expresar como una ecuación para VDs(sat).

VDs(sat)= VGs + Vp

Circuito equivalente del FET

El

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