TRANSISTOR FET.
Definición:
FET Transistor de Efecto Campo (Field-Effect Transistor o FET,
en inglés)
Es un dispositivo de tres terminales y dos
junturas, creado en un material semiconductor sólido cristalino (generalmente
germanio, silicio, ó arseniuro de galio) con diferentes contaminaciones, que
permite regular la circulación de una corriente eléctrica mediante una
corriente de control, mucho menor. Los
FET pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.
Simbología del Transistor FET
La figura
muestra el croquis de un FET con canal N
Símbolos gráficos
para un FET de canal N
Símbolos gráficos
para un FET de canal P
Fundamento
de transistores de efecto de campo:
Los transistores son
tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas
donadoras o aceptadoras de electrones.
Su estructura y representación se muestran en la tabla.
Su estructura y representación se muestran en la tabla.
Modelo de
transistor FET canal n
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Modelo de
transistor FET canal p
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Las uniones
Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta están polarizadas en inversa de tal forma
que no existe otra corriente que la inversa de saturación de la unión PN.
La zona n (en el FET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión y depende de la tensión inversa (tensión de puerta).
La zona n (en el FET canal n) es pequeña y la amplitud de la zona de deplexión afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexión y depende de la tensión inversa (tensión de puerta).
Zonas
de funcionamiento del transistor de efecto de campo (FET):
- ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta
zona el transistor se comporta como una resistencia variable dependiente
del valor de VGS. Un parámetro que aporta el fabricante es la resistencia
que presenta el dispositivo para VDS=0 (rds on), y distintos valores de
VGS.
- ZONA DE SATURACIÓN: En esta
zona es donde el transistor amplifica y se comporta como una fuente de corriente
gobernada por VGS
A diferencia del
transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden intercambiar
sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V-I (se trata
de un dispositivo simétrico).
La operación de un
FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de CANAL N, lo que significa
que todos los voltajes y corrientes son de sentido contrario.
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Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:
APLICACIÓN
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PRINCIPAL VENTAJA
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USOS
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Aislador o separador (buffer)
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Impedancia de
entrada alta y de salida baja
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Uso general, equipo
de medida, receptores
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Amplificador de RF
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Bajo ruido
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Sintonizadores de
FM, equipo para comunicaciones
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Mezclador
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Baja distorsión de intermodulación
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Receptores de FM y
TV,equipos para comunicaciones
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Amplificador con CAG
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Facilidad para controlar ganancia
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Receptores, generadores de señales
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Amplificador cascodo
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Baja capacidad de entrada
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Instrumentos de
medición, equipos de prueba
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Troceador
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Ausencia de deriva
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Amplificadores de
cc, sistemas de control de dirección
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Resistor variable por voltaje
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Se controla por voltaje
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Amplificadores
operacionales, órganos electrónicos, controlas de tono
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Amplificador de baja frecuencia
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Capacidad pequeña de acoplamiento
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Audífonos para
sordera, transductores inductivos
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Oscilador
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Mínima variación de frecuencia
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Generadores de
frecuencia patrón, receptores
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Circuito MOS digital
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Pequeño tamaño
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Integración en gran
escala, computadores, memorias
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Siempre nos va a
interesar estar en la región de saturación, para que la única variable que me
controle la cantidad de corriente que pase por el drenador sea la tensión de
puerta.
Ecuación de Shockley:
Donde:
- Vp es la tensión de puerta que
produce el corte en el transistor FET.
- IDSS es la corriente máxima de
drenador que circula por el transistor, al aumentar VDS, cuando la
polarización de la puerta es VSG= 0 vol
PARAMETROS
DEL FET
La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir:
Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs)
La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir:
Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs)
En
la zona de estricción (saturación) en que las características son casi rectas
(en el gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente
positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeños
incrementos de Vds y Vgs en esta forma
El
parámetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la
inversa de la pendiente de la curva. Que como en el gráfico, dicha pendiente es
cero (en la realidad, como he dicho antes existe algo de pendiente), entonces
la rd es infinita (muy grande).
El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.
El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.
TRANSISTOR MOSFET
Definición: MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada
Es un tipo especial
de Transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP.
El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P.
Una delgada capa de
material aislante formada de dióxido de silicio (SiO2) (también
llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del
semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE)
(ver la figura)
SIMBOLOGIA:
OPERACIÓN BASICA:
En el MOSFET de canal N la parte "N" está
conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)
En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)
En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)
En los transistores
bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la
corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los transistores
FET, la corriente de salida es controlada por una tensión de entrada (un campo
eléctrico). En este caso no
existe corriente de entrada.
Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay
que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se
puede destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad
estática.
Tanto en el MOSFET de canal N o el de canal
P, cuando no se aplica tensión en la compuerta no hay flujo de corriente entre en drenaje (Drain) y la fuente
(Source)
Para que circule corriente en un MOSFET de canal
N una tensión positiva se
debe aplicar en la compuerta.
Así los electrones del canal N de la
fuente (source) y el drenaje (Drain) son atraídos a la compuerta (Gate) y pasan por el canal P entre
ellos.
El movimiento de estos electrones, crea las condiciones para
que aparezca un puente para los electrones entre
el drenaje y la fuente. La amplitud o anchura de este puente (y la cantidad de corriente) depende o es controlada por
la tensión aplicada a la compuerta.
En el caso del MOSFET de canal P, se da una
situación similar. Cuando se aplica una tensión negativa en la compuerta,
los huecos (ausencia de electrones) del canal P del drenaje y
de la fuente son atraídos hacia la compuerta y pasan a través del canal N que hay entre ellos, creando un puente
entre drenaje y fuente. La amplitud o anchura del puente (y la cantidad de corriente) depende de la tensión
aplicada a la compuerta.
Debido a la delgada
capa de óxido que hay entre la compuerta y el semiconductor, no hay corriente por la compuerta.
La corriente que circula entre drenaje y fuente es
controlada por la tensión aplicada a la compuerta.
Nota: El sentido de
la corriente mostrada en los diagramas el es convencional,
no la del flujo de electrones.
MANIPULACION DEL MOSFET:
El aislamiento entre
la compuerta y el canal es el dióxido de silicio
(SiO2).
Ver el diagrama.
Ver el diagrama.
Esta capa aislante (área gris) es tan delgada que se si produjera un campo
eléctrico fuerte, podría
destruirse, es por eso que la manipulación del MOSFET es tan importante
Debido a la alta
resistencia de la capa de dióxido de silicio, la carga en el capacitor no se dispersa rápidamente, sino que se acumula. Esta
acumulación de carga puede producir un campo eléctrico destructivo
El mayor peligro para
un MOSFET son las cargas
estáticas durante la
manipulación del mismo en un día seco. También causan peligro los cautines para
soldar, que por lo general no están aislados de la línea de corriente
alterna (C.A.).