TRANSISTORES DE MOSFET Y JFETCul es la diferencia entre MOSFET y el JFET?JFETLa polarizacin de un JFET (Junction Field-Effect Transistor) exige que las uniones PN estn inversamente polarizadas, para un JFET de canal N, el voltaje de drenado debe ser mayor que el voltaje de la fuente para que exista un flujo de corriente a travs del canal, adems el voltaje de compuerta debe ser ms negativo que el de la fuente para que la unin PN se encuentre polarizada inversamente. Las curvas del JFET SON muy parecidas a las de los transistores bipolares, con la diferencia que los JFET SON controlados por tensin, mientras que los bipolares por corriente.MOSFETLos transistores MOSFET son dispositivos de efecto de campo al igual que los JFET utilizan un campo elctrico para crear un canal de conduccin. Son dispositivos ms importantes que los JFET ya que la mayor parte de circuitos integrados digitales se construyen con tecnologas MOS.Al igual que los JFET Y MOSFET tienen una estructura fsica muy diferente, pero sus ecuaciones analticas son muy similares, por eso los transistores MOS Tiene las mismas regiones de operacin que los JFET.Explique el principio de funcionamiento del transistor MOSFET decremental.El sustrato est formado por una placa de material tipo P de silicio. En algunos casos, el sustrato est conectado internamente con la fuente y solo presenta tres terminales. El drenaje y la fuente estn formados de material tipo N unidos por un canal tambin de material tipo N. La puerta est conectada a una capa muy delgada de xido de silicio. El xido de silicio es aislante, lo que explica la alta impedancia de estos dispositivos.Cuando la tensin de la puerta VGS = 0 V y se aplica una tensin a los terminales de drenaje y fuente, se establece una corriente IDSS similar a la del transistor JFET. Si a la puerta se le aplica una tensin negativa, esto tendr como consecuencia una disminucin de la corriente de drenaje IDSS. Cuanta ms alta sea la tensin negativa de la puerta tanto ms se reducir la corriente de drenaje segn se puede ver en las curvas de la figura 1, hasta llegar al nivel de estrechamiento con una tensin de puerta de -6 voltios. Figura 1.Para valores positivos de la tensin de puerta VGS, la corriente de drenaje aumentar. El espaciamiento vertical entra las curvas VGS = 0 V y VGS = +1 V en la figura 14.2 es una indicacin clara de cuanto ha aumentado la corriente de drenaje cuando cambia en un voltio la tensin de puerta.

Vemos que la aplicacin de una tensin positiva a la puerta incrementa la intensidad de drenaje. Por esta razn, a esta zona de tensiones de puerta positiva se le denomina regin incremental.Dibuje los smbolos de los transistores MOSFET

Cul es la diferencia entre el MOSFET decremental y MOSFET incremental?

La construccin de un transistor MOS-FET de tipo decremental de canal P es exactamente de forma inversa al de canal N, pero cambian el sustrato que es de material tipo N y el canal drenador-fuente que es de tipo P. Como consecuencia, las polaridades y direcciones de corriente tambin estn invertidas. Las caractersticas y el modo de funcionamiento son similares al tipo de canal N.

Explique el principio de funcionamiento del transistor MOSFET Incremental2. TRANSISTOR MOSFET TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO DE UNION (JFET)Un JFET de canal N se fabrica difundiendo una regin de tipo P en un canal de tipo N, tal y como se muestra en la Figura 1. A ambos lados del canal se conectan los terminales de fuente (S, Source) y drenaje (D,Drain). El tercer terminal se denomina puerta (G,Gate).

Figura 1: Esquema del transistor JFET de canal NLos smbolos de este tipo de dispositivos son:

Figura 2: Smbolos de los transistores JFETLas explicaciones incluidas en este captulo se refieren fundamentalmente al transistor NJFET, teniendo en cuenta que el principio de operacin del PJFET es anlogo.1.1 PRINCIPIO DE OPERACION DEL NJFETA continuacin se explica cmo se controla la corriente en un JFET. Al igual que sucede con los transistores BJT el JFET tiene tres regiones de operacin: Regin de corte Regin lineal Regin de saturacinEs preciso hacer notar que en este caso, la saturacin alude a un fenmeno completamente distinto al de los transistores BJT.1.1.1 Regin de corteCentremos nuestra atencin en la Figura 1. La zona de tipo P conectada a la puerta forma un diodo con el canal, que es de tipo N. Como se recordar, cuando se forma una unin PN aparecen en los bordes de la misma una zona de depleccin en la que no hay portadores de carga libres. La anchura de dicha zona depende de la polarizacin aplicada. Si esta es inversa, la zona se hace ms ancha, proporcionalmente a la tensin aplicada.Aplicando una tensinVGSnegativa aumentamos la anchura de la zona de depleccin, con lo que disminuye la anchura del canal N de conduccin.Si el valor deVGSse hace lo suficientemente negativo, la regin de agotamiento se extender completamente a travs del canal, con lo que la resistencia del mismo se har infinita y se impedir el paso deID(Figura 3). El potencial al que sucede este fenmeno se denominapotencial de bloqueo(Pinch Voltage,VP).

Figura 3: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con la tensin de bloqueoPor lo tanto, para valores ms negativos queVPel transistor NJFET se encuentra polarizado en laregin de corte, y la corriente de drenaje resulta ser nula.

1.1.2 Regin lineal

Si en la estructura de la Figura 1 se aplica una tensinVDSmayor que cero, aparecer una corriente circulando en el sentido del drenaje a la fuente, corriente que llamaremosID. El valor de dicha corriente estar limitado por la resistencia del canal N de conduccin. En este caso pueden distinguirse dos situaciones segn seaVDSgrande o pequea en comparacin conVGS.

1.1.2.1 Valores pequeos del voltaje drenaje-fuenteLa Figura 4 presenta la situacin que se obtiene cuando se polariza la unin GS con una tensin negativa, mientras que se aplica una tensin entre D y S menor.

Figura 4:Esquema del transistor JFET de canal N polarizado con VGS< 0Por el terminal de puerta (G) no circula ms que la corriente de fuga del diodo GS, que en una primera aproximacin podemos considerar despreciable. La corrienteIDpresenta una doble dependencia: La corrienteIDes directamente proporcional al valor deVDS La anchura del canal es proporcional a la diferencia entreVGSyVP. ComoIDest limitada por la resistencia del canal, cuanto mayor seaVGS- VP, mayor ser la anchura del canal, y mayor la corriente obtenida.Los dos puntos anteriores se recogen en la siguiente expresin:

Por lo tanto, en la regin lineal obtenemos una corriente directamente proporcional aVGSy aVDS.

1.1.2.2 Valores altos del voltaje drenaje-fuentePara valores deVDScomparables y superiores aVGSla situacin cambia con respecto al caso anterior: la resistencia del canal se convierte en no lineal, y el JFET pierde su comportamiento hmico. Veamos por qu sucede esto.Cuando se aplica un voltajeVDSal canal de 5 voltios, por ejemplo, este se distribuye a lo largo del canal, es decir, en las proximidades del terminal D la tensin ser de 5 V, pero a medio camino la corriente circulante habr reducido su potencial a la mitad (2,5 V), y en el terminal S el potencial ser nulo. Por otra parte, siVGSes negativa (- 2 V, por ejemplo), la tensin se distribuir uniformemente a lo largo de la zona P, al no existir ninguna corriente (Figura 5). (NOTA: se desprecia la cada de tensin en las zonas situadas por debajo de los contactos).

Figura 5: Esquema del transistor JFET de canal N polarizado conVGS= -2 V yVDS= 5 VSigamos adelante. En las proximidades del terminalSla tensin inversa aplicada es de 2 V, que se corresponde con laVGS= -2 V. Sin embargo, conforme nos acercamos a D esta tensin aumenta: en la mitad del canal es de 4,5 V, y enDalcanza 7 V.La polarizacin inversa aplicada al canal no es constante, con lo quela anchura de la zona de depleccin tampoco lo ser(Figura 6). CuandoVDSes pequea, esta diferencia de anchuras no afecta a la conduccin en el canal, pero cuando aumenta, la variacin de la seccin de conduccin hace que la corriente de drenaje sea una funcin no lineal deVDS, y que disminuya con respecto a la obtenida sin tener en cuenta este efecto.

Figura 6: Esquema del transistor JFET de canal N en la regin de conduccin no lineal

1.1.3 Regin de saturacinSiVDSse incrementa ms, se llegar a un punto donde el espesor del canal en el extremo del drenaje se acerque a cero. A partir de ese momento, la corriente se mantiene independiente deVDS, puesto que los incrementos de tensin provocan un mayor estrechamiento del canal, con lo que la resistencia global aumenta (Figura 7).

Figura 7: Esquema del transistor JFET de canal N en la regin de corriente constante

Laregin de saturacinse da cuando se estrangula el canal en el drenaje, lo que sucede cuando la tesin puerta-drenaje es ms negativa que VP, es decir:VGD< VP=>VGS- VDS< VP=>VDS> VGS- VPAntes de seguir adelante, comparemos las figuras Figura 3 y Figura En el caso del bloqueo, todo el canal resulta afectado por la zona de depleccin, que es constante porque la tensinVGSse aplica uniformemente a lo largo de la unin. En cambio, en la regin de corriente constante slo parte del canal ha llegado al bloqueo (provocado porVDS, que vara a lo largo del mismo), y es lo que permite la circulacin de la corriente.1.2 CURVAS CARACTERISTICASSon dos las curvas que se manejan habitualmente para caracterizar los transistores JFET. En primer lugar, en la representacin deIDfrente aVGS, para unaVDSdada, se aprecia claramente el paso de la regin de corte a la de saturacin (Figura 8). En la prctica slo se opera en el segundo cuadrante de la grfica, puesto que el primero laVGSpositiva hace crecer rpidamenteIG.

Figura 8: CaractersticaVGS- IDdel transistor NJFETEn la caractersticaVDS- IDdel transistor NJFET se observa la diferencia entre las regiones lineal y de saturacin (Figura 9). En la regin lineal, para una determinadaVGS, la corriente crece proporcionalmente a la tensinVDS. Sin embargo, este crecimiento se atena hasta llegar a ser nulo: se alcanza el valor de saturacin, en dondeIDslo depende deVGS.

Figura 9: CaractersticaVDS- IDdel transistor NJFET

Ntese que, segn esta grfica, la regin de saturacin del JFET se identifica con la regin activa normal de los transistores bipolares. Mientras que en RAN la corriente de colector slo depende de la de base, aqu la magnitud de control es la tensinVGS. Por el contrario, si la resistencia del JFET en la regin lineal es muy pequea puede encontrarse un cierto paralelismo entre las regiones lineal de JFET y de saturacin del BJT.

1.3 PARAMETROS COMERCIALESSe presenta a continuacin algunas de las caractersticas de los transistores JFET que ofrecen los fabricantes en las hojas de datos:

IDSS: Es la corriente de drenaje cuando el transistor JFET se encuentra en configuracin de fuente comn y se cortocircuita la puerta y la fuente (VGS=0). En la prctica marca la mxima intensidad que puede circular por el transistor. Conviene tener en cuenta que los transistores JFET presentan amplias dispersiones en este valor. VP(Pinch-Off Voltage): es la tensin de estrangulamiento del canal. Al igual queIDSS, presenta fuertes dispersiones en su valor. RDS(ON):Es el inverso de la pendiente de la curvaID/VDSen la zona lineal. Este valor se mantiene constante hasta valores deVGDcercanos a la tensin de estrangulamiento. BVDS(Drain-Source Breakdown Voltage): es la tensin de ruptura entre fuente y drenaje. Tensiones ms altas queBVDSprovocan un fuerte incremento deID. BVGS(Gate-Source Breakdown Voltage): es la tensin de ruptura de la unin entre la puerta y la fuente, que se encuentra polarizada en inversa. Valores mayores deBVGSprovocan una conduccin por avalancha de la unin.

1.4 MODELOS DEL TRANSISTOR NJFETAnlogamente a lo efectuado con el transistor bipolar se van a presentar dos modelos para el JFET: uno para analizar el funcionamiento del transistor JFET con seales continuas y otro para las seales alternas aplicadas sobre un punto de operacin de la regin de saturacin.En primer lugar se presentan los modelos para las diferentes regiones de operacin, a saber, corte, saturacin y zona lineal. A partir de las ecuaciones dictadas por este modelo, se deducen posteriormente las expresiones necesarias para el anlisis de seales de alterna de pequea amplitud.1.4.1 Modelo esttico idealPara el transistor NJFET, el modelo viene representado en la Figura 10. El valor deIDdepende de la regin de funcionamiento del transistor.

Figura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFET

1. Regin de corte: la condicin de la regin de corte es que el canal est completamente estrangulado en las proximidades de la fuente, lo que sucede cuando la tensin puerta-fuente alcance la tensin de estrangulamiento (VGS VP VGD> VPVGS> VP+ VDSEstas condiciones equivalen a admitir que el canal de conduccin no se estrangula por la zona de depleccin en inversa tanto en el extremo de drenaje como en la fuente. El valor que toma la corrienteIDes

3. Regin de saturacin: la regin de saturacin tiene lugar cuando la tensin entre drenador y puerta alcanza la tensin de estrangulamiento. Para que ello ocurra, el canal N, tiene que estar estrangulado en el extremo cercano al drenaje, pero no en el extremo del canal cercano a la fuente. Entonces, al igual que en el caso anterior, deben ocurrir dos condiciones: VGS> VP VGD< VPVGS< VP+ VDSEn este caso la intensidadIDya no depende deVDS, siendo su expresin

Por lo general, en los transistores NJFET tantoVPcomoVGStoman valores negativos, mientras queVDSeIDSSson positivos, tomando la direccinIDtal y como aparece en el modeloLa construccin del MOS-FET tipo incremental es similar a la del tipo decremental. La nica diferencia es que se suprime el canal tipo N que une las regiones de drenaje y fuente.Si entre drenaje y fuente se le aplica una tensin, siendo la tensin de puerta VGS = 0 V, el resultado ser una ausencia de corriente entre los terminales de drenaje y fuente, debido a que existe dos regiones P-N con polarizacin inversa entre las regiones N y el sustrato P.

Si se aplica una pequea tensin positiva a la puerta, respecto a la fuente, se apreciar una corriente del drenador a la fuente. Conforme la tensin de puerta VSG contine aumentando, la corriente drenador-fuente tambin aumentar. El valor de la tensin de puerta VSG del que resulta un incremento significativo de la corriente de drenaje se denomina tensin de umbral, con smbolo VT (del ingls Threshold).Puesto que al aumentar la tensin de puerta aumenta la corriente de drenaje, a este tipo de MOS-FET se le conoce con el nombre de incremental.Cuando VGS se incrementa ms all de la tensin de umbral, se incrementa la intensidad de drenaje, Sin embargo, si se mantiene constante VGS y solo se aumenta la tensin VDS , la corriente de drenaje alcanzar un nivel de saturacin como ocurra en el JFET y en el MOS-FET decremental.Explique la funcin de cada terminal del MOSFET.Gate o puerta: Es el pin que al proporcionarle un voltaje circula una corriente en los terminales drenaje y fuente.

Dibuje los smbolos del transistor MOSFET incremental.

Mencione las principales caractersticas de la hoja de especificaciones del transistor MOSFETYa que las hojas de especificaciones por lo general proporcionan el voltaje del umbral y un nivel de corriente de drenaje (ID (encendido)), as como su nivel correspondiente de VGS (encendido) pueden definirse dos puntos de inmediato. Para completar la curva, primero tiene que determinar la constante k de la ecuacin a partir de los datos de las hojas de especificaciones mediante la sustitucin en la ecuacin y resolviendo para k de la siguiente manera:ID = kVGS - VGS(Th) )2ID (encendido) = k (VGS (encendido) - VGS (Th))2Los transistores MOSFET tienen una desventaja cual es:Se pueden daar debido a la electricidad esttica.Como se deben de manipular los MOSFET.El mayor peligro para un MOSFET son las cargas estticas durante la manipulacin del mismo en un da seco. Tambin causan peligro los cautines para soldar, que por lo general no estn aislados de la lnea de corriente alterna (C.A.).Para evitar que el MOSFET se dae de manera accidental, algunos fabricantes incluyen un diodo zener conectado entre la compuerta (G) y la fuente (S) con el nodo hacia la compuerta y el ctodo hacia la fuente.

Este zener est diseado para que conduzca a 50 voltios por lo que VGS (tensin compuerta - fuente) siempre se mantendr por debajo o igual al valor de esta tensin, y por ende por debajo del valor de tensin destructivo. Ver la figura.

Otra manera de asegurarse de que el MOSFET no se dae es almacenarlo y transportarlo con ayuda de esponjas conductoras, que cortocircuitan los terminales del MOSFET y as no exista tensin entre ellos.

Si no fuese posible conocer si el MOSFET tiene la proteccin antes mencionada, la persona que manipular el elemento debe de asegurarse que su cuerpo no est cargado de esttica. Existen unas pulseras especiales conectadas a un punto de tierra, pensadas para mantener descargado el cuerpo del usuario.