6 . transistor jfet

TRANSISTOR FET

TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO

ANALGICA I

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

ANALGICA I

EFECTO DE

CAMPO

UNIN

METAL-OXIDO-

SEMICONDUCTOR

CANAL N (JFET-N)

CANAL P (JFET-P)

CANAL N (MOSFET-N)

CANAL P (MOSFET-P)

Dr Julius Lilienfield (Alemania) en 1926 patent el

concepto de "Field Effect Transistor".

20 aos antes que en los laboratorio Bell fabricaran

el primer transistor bipolar.


ANALGICA I


INTRODUCCIN:

Son dispositivos de estado slido

Tienen tres o cuatro terminales

Es el campo elctrico el que controla el flujo de cargas

El flujo de portadores es de un nico tipo ( o electrones huecos)

Pueden funcionar en diferentes regiones de polarizacin

Segn en que regin de polarizacin se encuentren, funcionan como:

Resistencias controladas por tensin

Amplificadores de corriente tensin

Fuentes de corriente

Interruptores lgicos y de potencia

ANALGICA I


La corriente de puerta es prcticamente nula (func. Normal) es decir una ALTA IMPEDANCIA DE ENTRADA. 1M

Tienen tres terminales denominados:Drenador

Puerta

Fuente surtidor

Hay de bastantes tipos, pero los mas importantes son los:

MOSFET (Metal-xido semiconductor)

ANALGICA I

FET VS BJT

Los FETs necesitan menos rea en un CI, y menos pasos de fabricacin

Los BJTs pueden generar corrientes de salida mas elevadas para conmutacin rpida con cargas

capacitivas.

Los FETs tiene una impedancia de entrada muy alta

En los FETs el parmetro de transconductancia (gm) es menor que en los BJTs, y por lo tanto tienen menor

ganancia.

LOS BJT SON CONTROLADOS POR CORRIENTE MIENTRAS QUE LOS JFET SON CONTROLADOS POR

VOLTAJE

ANALGICA I

FET VS BJT

Para el FET las cargas presentes establecen un campo elctrico que controla la conduccin del circuito de salida.

Las ganancias de voltaje en CA son mayores para el FET

Los FET son ms estables ante los cambios de temperatura que los BJT.

Los FET son ms sensibles a la manipulacin.

Inconvenientes

Los FET exhiben una pobre respuesta en frecuencia, debido a la alta capacidad de entrada.

Algunos FET tienen una pobre linealidad.

Los FET se daan con el manejo debido a la electricidad esttica.

ANALGICA I

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO DE

JUNTURA - JFET

Consiste en un canal de semiconductor tipo N o P dependiendo del tipo de JFET, con contactos

hmicos (no rectificadores) en cada extremo,

llamados FUENTE y DRENADOR.

A los lados del canal existen

dos regiones de material

semiconductor de diferente

tipo al canal, conectados entre

s, formando el terminal de

PUERTA.

Los JFET se utilizan

preferiblemente a los MOSFET

en circuitos discretos.

ANALGICA I

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO DE

JUNTURA - JFET

En el JFET de canal N, la unin puerta canal, se encuentra polarizada en

inversa, por lo que

prcticamente no entra

ninguna corriente a travs

del terminal de la puerta.

El JFET tienes dos uniones n-p sin polarizacin,

obtenindose una regin de

empobrecimiento en cada

unin similar al diodo

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

En la unin p-n, al polarizar en inversa la puerta y el canal, una capadel canal adyacente a la puerta se convierte en no conductora.

Cuanto mayor es la polarizacin inversa, ms gruesa se hace la zonade deplexin; cuando la zona no conductora ocupa toda la anchura

del canal, se llega al corte del canal. A la tensin necesaria para que

la zona de deplexin ocupe todo el canal se le llama tensin puerta-

fuente de corte (VGSoff Vto). Esta tensin es negativa en los JFET

de canal n.

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

VGS=0V y variando VDS:

Para valores pequeos de VDS, ID es proporcional a

VDS (zona hmica).

se obtiene una regin deempobrecimiento en el

extremo de cada material p.

Cuando se aplica VDD, loselectrones son atrados hacia

el drenaje y se genera una

ID, teniendo que ID =IS

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

VGS=0V y variando VDS:

Suponiendo que la resistenciadel canal es uniforme, segn

como avance la corriente

(sentido real) mayor oposicin

encontrara, y debido a que el

extremo del canal prximo D

se halla polarizado en inversa,

al aumentar VDS, la zona de

deplexin se hace ms ancha.

El paso entre las dos zonas seproduce en el valor de tensin

de estrangulamiento Vp, para

Vgs=0.

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

El paso entre las dos zonas se produce en el valor de tensin de estrangulamiento VP, para VGS=0.

Para valores de VDS pequeos, Id es proporcional a VDS (zona hmica)

Al variar VGS. Si VGS

JFET DE CANAL N

En cuyo caso el JFET se comporta como

una fuente de corriente en el caso de que

VDS>VP IDSS corriente de drenaje

maxima del JFET Para VGS=0V

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

Al variar VGS

La resistencia del canal es elevada. Esta es evidente paravalores de Vgs prximos a VGSoff. Si (tensin de

corte), la resistencia se convierte en un circuito abierto y el

dispositivo est en CORTE.

La zona donde Id depende de VDS se llama REGIN LINEALU HMICA, y el dispositivo funciona como una resistencia. El

valor de esta resistencia (pendiente de recta) vara con Vgs.

La zona donde Id se hace constante (fuente de Intensidad cte)es la REGIN DE SATURACIN. Id es mxima para Vgs = 0

(Idss), y es menor cuanto ms negativa es Vgs. Para Vgs=0 la

regin comienza a partir de Vp.

Siempre se cumple que Vgsoff = -Vp. Idss y Vp ( Vgsoff)sondatos dados por el fabricante.

Vgsoff = Vgs de corte = Voltaje de estrangulamiento

ANALGICA I

JFET DE CANAL N

ANALGICA I

CURVA DE TRANSCONDUCTANCIA

ANALGICA I

RESISTOR CONTROLADO POR VOLTAJE

Cuando |VDS| < |VP|, son una

funcin del voltaje aplicado VGS,

si VGS se hace ms negativo, la

pendiente de la curva se hace ms

horizontal, lo que significa una

resistencia mayor

ro = Resistencia con VGS =0V

rd = Para un valor en particular de

VGS

|VGSoff|=|VP|

ANALGICA I

RUPTURA DEL JFET

Cuando la polarizacin inversa entre puerta y canal se hace

demasiado grande, la unin sufre una ruptura inversa, y la

corriente de drenador aumenta rpidamente.

ro = Resistencia con VGS =0V

rd = Para un valor en particular de VGS

La polarizacin inversa de mayor magnitud tiene lugar en el

extremo correspondiente al drenador.

La ruptura se producir cuando VDG exceda de la tensin de

ruptura. Como VDG= VDS VGS, la ruptura tendr lugar a valores ms pequeos de VDS a medida que VGS se

aproxime a VP.

ANALGICA I

RUPTURA DEL JFET

ANALGICA I

DISPOSITIVOS DE CANAL P

El JFET de canal p, tiene una estructura inversa a la de

canal n; siendo por tanto necesaria su polarizacin de

puerta tambin inversa respecto al de canal n.

ANALGICA I

VALORES MXIMOS Y NOMINALES

Los valores mximos especificados para VDS y VDG nodeben ser excedidos en cualquier punto de operacin.

VDD puede exceder los valores marcados en las hojas deespecificaciones, pero en los terminales del circuito no.

La disipacin total de potencia a temperatura ambienteser: = VDS .

Caractersticas comerciales:

IDSS y VP

ANALGICA I

POLARIZACIN DEL JFET

La variable de control de entrada es un voltaje(VGS) y de salida ser una corriente (ID).

Parmetros importantes: 0 =

= 1

2

ANALGICA I

CONFIGURACIN DE POLARIZACIN FIJA

Analizando en CC

= 0 + = 0= = +

= 1

2

ANALGICA I


EJERCICIO

VDD=12V, IDSS = 10mA, Vp=-4V

= +

=12

0,0025 1200= 9

= 10 1 2

4

2

= 2,5

ANALGICA I


EJERCICIO

Con VDD=12V, Vp=-2,5V, calcular VGS y RD tomando , IDSS = 7mA, ID = 3,5mA, VD = 6

= +

=12 6

0,0035 = 1,714 1,8 = 1

= 1

2

= 2,5 1 0,0035

0,007= 0,732

ANALGICA I

CONFIGURACIN DE AUTOPOLARIZACIN

Analizando en CC

=0V = = = + +

= 1

2

Donde la Rs puede o no existir lo que reducira la ecuacin

previa a la misma de la configuracin anterior.

ANALGICA I


Analizando en CC

= = = = + + = + = = = 0 =

= 1

2

=

=

+ ANALGICA I


EJERCICIO10

4

100

IDSS mA

VP

VGS ID RS

VGS ID

2100

10 14

6.8

( )

12

6.8 100 1.2

3.16

max 9.2

max

IDID mA

ID mA

VDD VDS ID RD RS

VDSmA k

VDS V

VDDID mA

RS RD

VDS VDD

Si RS aumenta, el punto de carga Q baja, es decir

ID disminuye

ANALGICA I


EJERCICIO

Con VDD=12V, Vp=-4V, calcular VGS, RD Y RS tomando , IDSS = 7mA, ID = 4mA, VD = 6

VGS = VG VS-0,976V= 0 VS VS=0,976VVS= RS ID RS = 0,976 0,004RS = 250 = 1

= 1

2

= 4 1 0,004

0,007= 0,976

= + +

=12 6

0,004

= 1,25

ANALGICA I

CONFIGURACIN CON PARTIDOR DE TENSIN

Analizando en CC

= = = + +

=2

1 + 2

Cuando = 0 entonces

=

= 1

2

=

=

+

=

1 = 2 =

+

ANALGICA I


Analizando en CC

ANALGICA I


EJERCICIO CONOCIENDO VALORES DE CADA RESISTENCIA

12

10

4

VDD V

IDSS mA

VP

VGS VG ID RS

26 1100

10 14

6.22

( )

12 6.22 1100 150

4.225

max 9.6

max

IDID mA

ID mA

VDD VDS ID RD RS

VDS mA

VDS V

VDDID mA

RS RD

VDS VDD

1*12 6

1 1

6 100

MVG V

M M

VGS ID

Para efectos de diseo se puede asumir RS = RD, R1=R2 lo que

significa que VG=VDD/2

ANALGICA I


EJERCICIO - DISEO

12

4

10

4

3

1 2 1

VDD V

VDS V

IDSS mA

VP V

ID mA

R R M

26 0.003

0.003 10 14

1 2603.0366 , 2 4063.63

RSmA

RS RS

1*12 6

1 1

6 0.003

MVG V

M M

VGS RS

( )

12 4 0.003*2603.0366

0.003

63.603

VDD VDS ID RD RS

RD

RD

CON RS1

CON RS2( )

12 4 0.003*4063.63

0.003

1396.963

VDD VDS ID RD RS

RD

RD

ANALGICA I

CONFIGURACIN COMPUERTA COMN

= 1

2

ANALGICA I


= = Si ID=0mA

= + =

= = +

= 1

2

=

si = 0

ANALGICA I


= = Si ID=0mA

= + =

= = +

=

si = 0

ANALGICA I


= = Si ID=0mA

= + =

= = + ANALGICA I

CASO VGS=0V

= = 0

=

=

= 1

2

ANALGICA I

N N

P

Substrato(Substrate)

Canal(Channel)

Puerta(Gate)Drenador

(Drain)

Fuente(Source)

VISTA SUPERIOR

SECCIN

TRANSISTOR MOSFET - canal NAislante (Si O2)

ANALGICA I

MOSFET de empobrecimiento

ANALGICA I

MOSFET: transistor de efecto de campo

semiconductor de xido metlico

Se forma una placa de material tipo p a partir de una base de silicio y se conoce como substrato.

En algunos casos, el

sustrato se conecta

internamente a la terminal

de fuente.

Muchos dispositivos

individuales cuentan con

una terminal adicional

etiquetada SS

ANALGICA I



La fuente y el drenaje estn conectados mediante contactos metlicos a regiones tipo n dopadas vinculadas a un canal n

La compuerta est

conectada a una

superficie de contacto

metlica aunque

permanece aislada del

canal n por una capa

de bixido de silicio

(SiO2) muy delgada

ANALGICA I



El(SiO2) es un tipo de aislante conocido como dielctrico, el cual establece campos elctricos opuestos

No hay una conexin elctrica entre la terminal de compuerta y el canal de un MOSFET.

La capa aislante de SiO2 en la construccin de un MOSFET es la responsable de la muydeseable alta impedancia de entrada del dispositivo.

ANALGICA I



Si el voltaje de la compuerta a la fuente se ajusta a 0 V por

la conexin directa de una

terminal a la otra y se aplica

un voltaje VDS del drenaje a

la fuente

resultado es la atraccin del

potencial positivo en el

drenaje por los electrones

libres del canal n y la

corriente semejante a la

que se establece a travs

del canal del JFET

ANALGICA I



Si VGS =-1 V.

El potencial negativo en la

compuerta tender a ejercer

presin en los electrones

hacia el sustrato tipo p (las

cargas semejantes se

repelen) y a atraer los huecos

del sustrato tipo p (las cargas

opuestas se atraen)

ANALGICA I



Dependiendo de la magnitud de la polarizacin negativa

establecida por VGS, ocurrir

un nivel de recombinacin

entre los electrones y huecos

que reducir el nmero de

electrones libres en el canal n

disponibles para conduccin.

Por consiguiente, el nivel de la corriente de drenaje

resultante se reduce con la

polarizacin cada vez ms

negativa de VGS

ANALGICA I



Para valores positivos de VGS, la compuerta positiva

atraer ms electrones

(portadores libres) del

sustrato tipo p debido a la

corriente de fuga inversa y

establecer nuevos

portadores a causa de las

colisiones que ocurren entre

las partculas de aceleracin.

Su aumenta el voltaje positivo en la compuerta, la corriente

de drenaje

ANALGICA I

MOSFET de empobrecimiento de canal p

ANALGICA I

Polarizacin fija de MOSFET tipo

empobrecimiento (y MESFET)

ANALGICA I

Polarizacin por medio del divisor de voltaje del

MOSFET tipo empobrecimiento (y MESFET)

ANALGICA I

MOSFET: de Enriquecimiento

La curva de transferencia no est definida por la ecuacin de Shockley. La corriente de drenaje ahora es la de corte hasta

que el voltaje de la compuerta a la fuente alcance una

magnitud especfica.

El control de corriente en un

dispositivo de canal n ahora

se ve afectado por un voltaje

positivo de la compuerta a la

fuente

ANALGICA I


Si VGS se ajusta a 0 V y se aplica un voltaje entre el drenaje y la fuente del dispositivo la ausencia de un canal n producir

una corriente de 0 A

Con un cierto voltaje positivo

de VDS, VGS de 0 V y la

terminal SS directamente

conectada a la fuente, hay

dos uniones p-n polarizadas

en inversa entre las regiones

tipo n dopadas

el sustrato que se oponen a

cualquier flujo entre el

drenaje y la fuente.

ANALGICA I


Si tanto VDS como VGS se ajustaron a un determinado voltaje positivo de ms de 0 V, para establecer el drenaje y la

compuerta a un potencial positivo con respecto a la fuente.

El potencial positivo en la

compuerta ejercer presin en los

huecos en el sustrato p a lo largo

del borde de la capa de SiO3 para

que abandonen el rea y lleguen

a regiones ms profundas del

sustrato p,

ANALGICA I


Para valores de VGS menores que el nivel de umbral, la corriente de drenaje de un MOSFET tipo

enriquecimiento es de 0 mA.

El trmino k es una constante

que es una funcin de la

construccin del dispositivo

ANALGICA I


ANALGICA I

Polarizacin por medio del divisor de voltaje del

MOSFET tipo enriquecimiento (y MESFET)

ANALGICA I

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Inventado por H.W. Becke y C.F. Wheatley en 1982

Combinacin de MOSFET y transistor

Bipolar que ana las ventajas de los

dos:

La facilidad de gobierno del MOSFET

El buen comportamiento como interruptor de BIPOLAR

Dispositivo reciente muy importante en

Electrnica de Potencia

C

E

G

ANALGICA I

Con los MOSFET e IGBT para manejar corrientes elevadas se

produce un cambio de tendencia importante.

Un Transistor Bipolar de potencia es un solo dispositivo de

dimensiones (Seccin) suficiente para manejar la corriente

elevada.

Un Transistor MOSFET o un IGBT de potencia, pensado para

manejar corrientes elevadas, est formado por muchos

transistores integrados colocados en paralelo

ANALGICA I

N+P

N-

C

EB

BIPOLAR DE POTENCIA

MOSFET DE POTENCIA

(Muchos pequeos MOSFET en paralelo, realmente es un "Circuito Integrado")

Cada punto representa un MOSFET

ANALGICA I

BIBLIOGRAFA

ROBERT BOYLESTAD. Electrnica: Teora de Circuitos y dispositivos; Editorial, Prentice Hall Hispanoamericana

S.A, Dcima Edicin.

FLOYD T, Electronics device, E. Prentice Hall, 2011

6 . transistor jfet

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