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• Jodi Cotton

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Transistor efecto de campo (FET) Introducción FET es un dispositivo semiconductor que depende para su operación del control de corriente por un campo eléctrico. Son dispositivos de tres terminales Fuente (Source), Drenaje (Drain) y Compuerta (Gate).

El terminal de compuerta (terminal de control), controla la corriente entre fuente y drenaje a través de campo eléctrico mediante la tensión aplicada al terminal de la compuerta. No maneja virtualmente corriente.

Controlado por voltaje

Transistor efecto de campo (FET) Construcción El FET consiste de una región de tipo n la cual tiene es su parte media dos regiones de tipo p. Una terminal de la región n se llama Fuente (Sourse) y la opuesta Drenaje (Drain). Las regiones tipo p están conectadas. La terminar de las regiones p se llama Compuerta (Gate). Drenaje (D) Contactos óhmicos Canal-n

p

n

p

Compuerta (G) Región de agotamiento

Fuente (S)

Transistor efecto de campo (FET) El FET es un dispositivo cuyo funcionamiento puede ser asimilado al de una fuente de corriente controlado por tensión y presenta las siguientes características.  Es un dispositivo unipolar tiene un único tipo de portadores.  Presenta alta impedancia de entrada, la corriente en entrada es prácticamente nula.  Tiene un bajo producto de ganancia – ancho de banda.  Es de fácil fabricación e integración.  Alta estabilidad térmica.  Menos ruidoso que el BJT

Transistor efecto de campo (FET) El FET es un dispositivo cuyo funcionamiento puede ser asimilado al de una fuente de corriente controlado por tensión y presenta las siguientes características.  El transistor efecto de campo de juntura JFET.  El transistor de campo de compuerta aislada (IGFET), o mas comúnmente transistor de efecto de campo de metal-oxido-semiconductor (MOSFET). Ambos están disponibles en dos clases canal N y canal P. Dentro del MOSFET se distinguen los de enriquecimiento y los de empobrecimiento.

Transistor efecto de campo (FET) Analogía entre transistores BJT y FET Canal N De unión (JFET) Canal N Canal P

Tipos de transistores FET

Empobrecimiento O Deplexión De puerta Aislada (IGFET)

MOSFET

Canal P

Canal N

Enriquecimiento o Acumulación Canal P

Transistor efecto de campo (FET) Analogía entre transistores BJT y FET

Colector

Drenaje

Emisor

Fuente

Base

Compuerta

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) JFET canal N

En la figura muestra la parte principal de la estructura es de material tipo n, el cual forma el canal entre las capas incrustados de material p.

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) Polarización normal del JFET canal N

En la figura muestra los voltaje de polarización aplicados a un dispositivo de canal n.  Vdd genera un voltaje entre drenaje y la fuente y suministra corriente del drenaje a la fuente.  Vgg establece voltaje de polarización entre la compuerta y la fuente.

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) Polarización normal del JFET canal N JFET siempre opera con la unión pn de compuerta –fuente polarizada en inversa. Lo cual produce región de agotamiento a lo largo de la unión pn.

JFET polarizado para conducción

Con VGG grande el canal se estrecha (entre las áreas blancas) lo cual incrementa la resistencia del canal y reduce la ID.

Con VGG pequeño el canal se ensancha (entre las áreas blancas) lo cual reduce la resistencia del canal e incrementa la ID.

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) Curva de características de drenaje.

𝑉𝑃 voltaje de estrangulamiento.

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) Curva de características de drenaje.

Curva de transferencia a partir de las características de drenaje.

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) Curva de características de drenaje. Variable de control

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆

𝑉𝐺𝑆 1− 𝑉𝑃

2

Constantes

El termino el cuadrado en la ecuación produce una relación no lineal entre 𝐼𝐷 y 𝑉𝐺𝑆 . La cual genera una curva que crece exponencialmente con la magnitud decreciente de 𝑉𝐺𝑆 .

JFET (Transistor Efecto de Campo de Juntura) RELACIONES IMPORTANTES

MOSFET (Metal Oxido Semiconductor) Los MOSFET difieren de los BJTs en principio de operación, especificaciones y rendimiento.    

Velocidades de conmutación mayores. Circuitos de control de compuerta mas sencillo. Son capaces de funcionar en paralelo. Su comportamiento es estable con un amplio rango de temperaturas.

MOSFET (Metal Oxido Semiconductor) MOSFET (Empobrecimiento) Sus características son muy parecidas a los de un JFET entre condiciones de corte y saturación 𝐼𝐷𝑆𝑆 y se extiende hasta la región de polarización opuesta de 𝑉𝐺𝑆 .

Construcción básica

En la figura, se forma una placa de material tipo p a partir de una base de silicio y se conoce como sustrato. Es la base sobre la cual se construye el dispositivo.

La capa aislante de SiO2 en la construcción de un MOSFET es la responsable de la muy deseable alta impedancia de entrada del dispositivo.

MOSFET (Metal Oxido Semiconductor) MOSFET (Empobrecimiento) Polarización y caracteristica

MOSFET tipo empobrecimiento de canal n con VGS 0 V y voltaje aplicado VDD.

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆

𝑉𝐺𝑆 1− 𝑉𝑃

2

Características de drenaje y transferencia de un MOSFET tipo empobrecimiento de canal n.

MOSFET (Metal Oxido Semiconductor) MOSFET (Enriquecimiento) Se induce al polarizar positivamente la compuerta respecto a la fuente de forma que la repulsión de huecos crea un canal enriquecido en electrones libres que permiten la conducción de drenaje a fuente. El MOSFET deja de ser un dispositivo npn en estas condiciones. Construcción básica

La conductividad del canal se incrementa al incrementarse el voltaje de compuerta a fuente y, por lo tanto, atrae más electrones hacia el área del canal.

MOSFET tipo enriquecimiento de canal n.

MOSFET (Metal Oxido Semiconductor) MOSFET (Enriquecimiento) Polarización y caracteristica

Formación de un canal en un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n.

Para 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑇

𝐼𝐷 = 𝑘 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇

2

Trazo de las características de transferencia de un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n a partir de las características de drenaje.

Tarea Averiguar; Operación, caracteristica, funcionamiento y aplicación del transistor bipolar de compuerta aislada IGBT.

Polarización del FET La variable de control de entrada para un transistor BJT es un nivel de corriente, en tanto que para el FET la variable de control es un voltaje.

La ecuación de Shockley se aplica a los JFET, a los MOSFET tipo empobrecimiento para relacionar sus cantidades de entrada y salida:

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆

𝑉𝐺𝑆 1− 𝑉𝑃

2

Para los MOSFET tipo enriquecimiento

𝐼𝐷 = 𝑘 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇

2

POLARIZACIÓN DEL FET CONFIGURACIÓN DE POLARIZACIÓN FIJA

Configuración de polarización fija.

POLARIZACIÓN DEL FET CONFIGURACIÓN DE AUTOPOLARIZACIÓN

Configuración de autopolarización.

POLARIZACIÓN DEL FET POLARIZACIÓN POR MEDIO DEL DIVISOR DE VOLTAJE

Configuración de polarización por medio del divisor de voltaje.

POLARIZACIÓN DEL FET

EJEMPLO 1

𝑉𝐷𝑆 = 8,82𝑉 𝑉𝑆 = 2,6𝑉

POLARIZACIÓN DEL FET

EJEMPLO 2 𝑉𝐷𝑆 = 6,64𝑉 𝑉𝑆 = 3,6𝑉

POLARIZACIÓN DEL FET

EJEMPLO 3

𝑉𝐷𝑆 = 14,4𝑉