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• Martin Abraham Perez Urias

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EL JFET El JFET (transistor de efecto de campo de unión) es un tipo de FET que opera con una unión pn polarizada en inversa para controlar corriente en un canal. Según su estructura, los JFET caen dentro de cualquiera de dos categorías, de canal n o de canal p. La figura 8-1(a) muestra la estructura básica de un JFET de canal n (transistor de efecto de campo de unión). Cada extremo del canal n tiene una terminal; el drenaje se encuentra en el extremo superior y la fuente en el inferior. Se difunden dos regiones tipo p en el material tipo n para formar un canal y ambos tipos de regiones p se conectan a la terminal de la compuerta. Por simplicidad, la terminal de la compuerta se muestra conectada sólo a una de las regiones p. En la figura 8-1(b) se muestra un JFET de canal p.

CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS DEL JFET El JFET opera como un dispositivo de corriente constante controlado por voltaje. En esta sección se abordan el corte y el estrangulamiento, así como las características de transferencia del JFET. Voltaje de estrangulamiento Con VGS = 0, el valor de VDS al cual ID se vuelve esencialmente constante [el punto B sobre la curva mostrada en la figura 8-5(b)] es el voltaje de estrangulamiento, Vp. Para un JFET dado, Vp tiene un valor fijo. Como se puede ver, un incremento continuo de VDS por encima del voltaje de estrangulamiento produce una corriente casi constante en el drenaje. Este valor de la corriente en el drenaje es IDSS (Drain to Source with gate Shorted, Drenaje a fuente con la compuerta en cortocircuito) y siempre viene especificada en las hojas de datos de los JFET. IDSS es la corriente máxima en el drenaje que un JFET específico es capaz de producir sin importar el circuito externo y

siempre se especifica en la condición, VGS = 0 V.

Ruptura Como se muestra en la gráfica de la figura 8-5(b), la ruptura ocurre en el punto C cuando ID comienza a incrementarse muy rápido con cualquier incremento adicional de VDS. La ruptura puede dañar irreversiblemente el dispositivo, así que los JFET siempre se operan por debajo de la ruptura y dentro de la región activa, (corriente constante), (entre los puntos B y C en la gráfica). La acción de JFET que produce la curva característica de drenaje hasta el punto de ruptura con VGS=0 V VGS controla a ID Conéctese un voltaje de polarización, VGG, de la compuerta a la fuente, como se muestra en la figura 8-7(a). A medida que VGS se ajusta a valores cada vez más negativos al ajustar VGG, se produce una familia de curvas características del drenaje, como muestra la figura 8-7(b). Observe que ID se reduce a medida que se incrementa la magnitud de VGS a valores negativos más grandes debido al estrechamiento del canal. Observe también que, con cada incremento de VGS, el JFET llega al punto de estrangulamiento (donde comienza la corriente constante) con valores de VDS menores que Vp. El término estrangulamiento no es el mismo que voltaje de estrangulamiento, Vp. Por consiguiente, VGS controla la cantidad de corriente en el drenaje.

Voltaje de corte El valor de VGS que hace que ID sea aproximadamente cero es el voltaje de corte. VGS(corte). El JFET debe operar entre VGS 0 V y VGS(corte). Con este intervalo de voltajes de compuerta a fuente, ID varía desde un máximo de IDSS hasta un mínimo de casi cero. Como se ha visto, para un JFET de canal n, mientras más negativo es VGS, más pequeña llega a ser ID en la región activa. Cuando VGS tiene un valor negativo suficientemente grande, ID se reduce a cero. El estrechamiento de la región de empobrecimiento provoca este efecto de corte hasta un punto donde el canal se cierra por completo. Comparación del voltaje de estrangulamiento y el voltaje de corte Como se ha visto, existe una diferencia entre los voltajes de estrangulamiento y de corte. También hay una conexión. El voltaje de estrangulamiento VP es el valor de VDS al cual la corriente en el drenaje de vuelve constante e igual a IDSS y siempre se mide con VGS = 0 V. No obstante, el estrangulamiento ocurre con valores de VDS menores que VP cuando VGS no es cero. Así que, aunque VP es una constante, el valor mínimo de VDS al cual ID se vuelve constante varía con VGS. VGS(corte) y VP siempre son iguales en magnitud pero de signo opuesto. Una hoja de datos normalmente dará VGS(corte) o VP, mas no ambos. Sin embargo, cuando se conoce uno, se tiene el otro. Por ejemplo, si VGS(corte) = 5 V, entonces VP = 5 V, como muestra la figura 8-7(b). POLARIZACIÓN DE UN JFET Utilizando algunos de los parámetros de JFET previamente analizados, ahora se verá como se polarizan los JFET con voltaje de cd. Al igual que con el BJT, el propósito de la polarización es seleccionar el voltaje de cd de compuerta a fuente apropiado para establecer un valor deseado de la corriente en el drenaje y, por consiguiente, un punto Q apropiado. Existen tres tipos de polarización: la autopolarización, la polarización mediante divisor de voltaje y la polarización mediante fuente de corriente Autopolarización

La autopolarización es el tipo de polarización de JFET más común. Recuerde que un JFET debe ser operado de tal forma que la unión compuerta-fuente siempre esté polarizada en inversa. Esta condición requiere un VGS negativo para un JFET de canal n y un VGS positivo para un JFET de canal p. Esto se puede lograr con la configuración de autopolarización mostrada en la figura 8-16. El resistor, RG, en serie con la compuerta, no afecta la polarización porque en esencia no hay caída de voltaje a través de él, y por consiguiente, la compuerta permanece a 0 V. RG se requiere sólo para hacer que la compuerta esté a 0 V y aislar una señal de ca de la tierra en aplicación de amplificador, como más adelante se verá.

Para el JFET de canal n mostrado en la figura 8-16(a), IS produce una caída de voltaje a través de RS que hace a la fuente positiva con respecto a tierra. Puesto que IS = ID y VG = 0, entonces VS IDRS. El voltaje de compuerta a fuente es

Para el JFET de canal p mostrado en la figura 8-16(b), la corriente que fluye a través de RS produce un voltaje negativo en la fuente, lo que hace a la compuerta positiva con respecto a la fuente. Por consiguiente, como IS = ID,

En el ejemplo siguiente se utiliza el JFET de canal n mostrado en la figura 8-16(a) como ilustración. Tenga en cuenta que el análisis del JFET de canal p es el mismo, excepto por los voltajes de polaridad opuesta. El voltaje en el drenaje con respecto a tierra se determina como de la siguiente manera: Como VS =IDRS, el voltaje entre drenaje y fuente es VDS = VD - VS = VDD - ID(RD + RS

Estableciendo del punto Q de un JFET autopolarizado El método básico para establecer el punto de polarización de un JFET es determinar ID para un valor deseado de VGS o viceversa; luego se calcula el valor requerido de RS con las siguientes relaciones. Las líneas verticales indican un valor absoluto. Para un valor deseado de VGS, ID se determina en una de dos maneras: con la curva de transferencia para el JFET particular o, de forma más práctica, con la ecuación 8-1 utilizando IDSS y VGS(corte) de la hoja de datos del JFET. Los dos ejemplos siguientes ilustran estos procedimientos Polarización en el punto medio Normalmente es deseable polarizar un JFET cerca del punto medio de su curva de transferencia donde ID IDSS/2. En condiciones de señal, la polarización en el punto medio permite que la cantidad máxima de corriente en el drenaje oscile entre IDSS y 0. Con la ecuación 8-1, en el apéndice B se demuestra que ID es aproximadamente la mitad de IDSS cuando VGS VGS(corte)/3.4. Así que, seleccionando VGS VGS(corte)/3.4, se deberá conseguir una polarización de punto medio en función de ID. Para situar el voltaje de drenaje en el punto medio (VD VDD/2), seleccione un valor de RD para producir la caída de voltaje deseada. Seleccione un RG arbitrariamente grande para evitar que se cargue la etapa de mando en una configuración de amplificadores en cascada. El ejemplo 8-9 ilustra estos conceptos.