Introducción a los transistores de efecto de campo de unión (JFET)

Un transistor es un dispositivo semiconductor lineal que controla la corriente con la aplicación de una señal eléctrica de menor potencia. Los transistores pueden agruparse aproximadamente en dos divisiones principales:bipolar y de efecto de campo. En el último capítulo, estudiamos los transistores bipolares, que utilizan una pequeña corriente para controlar una gran corriente. En este capítulo, presentaremos el concepto general del transistor de efecto de campo (un dispositivo que utiliza un pequeño voltaje para controlar la corriente) y luego nos centraremos en un tipo en particular:el transistor de efecto de campo de unión. En el próximo capítulo, exploraremos otro tipo de transistor de efecto de campo, la variedad de puerta aislada.

Todos los transistores de efecto de campo son dispositivos unipolares en lugar de bipolares. Es decir, la corriente principal a través de ellos se compone de electrones a través de un semiconductor de tipo N o agujeros a través de un semiconductor de tipo P. Esto se vuelve más evidente cuando se ve un diagrama físico del dispositivo:

JFET de canal N

En un transistor de efecto de campo de unión o JFET, la corriente controlada pasa de la fuente al drenaje, o del drenaje a la fuente, según sea el caso. El voltaje de control se aplica entre la puerta y la fuente. Observe cómo la corriente no tiene que atravesar una unión PN en su camino entre la fuente y el drenaje:la ruta (llamada canal) es un bloque ininterrumpido de material semiconductor. En la imagen que se muestra, este canal es un semiconductor tipo N. También se fabrican JFET de canal tipo P:

JFET de canal P

Generalmente, los JFET de canal N se utilizan con más frecuencia que los de canal P. Las razones de esto tienen que ver con detalles oscuros de la teoría de los semiconductores, que preferiría no discutir en este capítulo. Al igual que con los transistores bipolares, creo que la mejor manera de introducir el uso de transistores de efecto de campo es evitar la teoría siempre que sea posible y concentrarse en cambio en las características operativas. La única diferencia práctica entre los JFET de canal N y P de la que debe preocuparse ahora es la polarización de la unión PN formada entre el material de la puerta y el canal.

Sin voltaje aplicado entre la puerta y la fuente, el canal es un camino completamente abierto para que fluya la corriente. Sin embargo, si se aplica un voltaje entre la puerta y la fuente de tal polaridad que invierte la polarización de la unión PN, el flujo entre la fuente y las conexiones de drenaje se vuelve limitado o regulado, tal como lo fue para los transistores bipolares con una cantidad establecida de corriente base. El voltaje máximo de la fuente de la puerta "corta" toda la corriente a través de la fuente y el drenaje, lo que obliga al JFET a entrar en modo de corte. Este comportamiento se debe a que la región de agotamiento de la unión PN se expande bajo la influencia de un voltaje de polarización inversa, ocupando eventualmente todo el ancho del canal si el voltaje es lo suficientemente grande. Esta acción puede compararse a reducir el flujo de un líquido a través de una manguera flexible apretándola:con suficiente fuerza, la manguera se contraerá lo suficiente como para bloquear completamente el flujo.

Observe cómo este comportamiento operativo es exactamente opuesto al del transistor de unión bipolar. Los transistores bipolares son dispositivos normalmente apagados:no hay corriente a través de la base, no hay corriente a través del colector o el emisor. Los JFET, por otro lado, son dispositivos normalmente encendidos:ningún voltaje aplicado a la puerta permite una corriente máxima a través de la fuente y el drenaje. Además, tenga en cuenta que la cantidad de corriente permitida a través de un JFET está determinada por una señal de voltaje en lugar de una señal de corriente como con los transistores bipolares. De hecho, con la unión PN puerta-fuente polarizada inversamente, debería haber una corriente casi nula a través de la conexión de la puerta. Por esta razón, clasificamos el JFET como un dispositivo controlado por voltaje y el transistor bipolar como un dispositivo controlado por corriente.

Si la unión PN puerta-fuente está polarizada hacia adelante con un voltaje pequeño, el canal JFET se "abrirá" un poco más para permitir el paso de corrientes mayores. Sin embargo, la unión PN de un JFET no está construida para manejar ninguna corriente sustancial por sí misma y, por lo tanto, no se recomienda desviar hacia adelante la unión bajo ninguna circunstancia.

Esta es una descripción general muy condensada del funcionamiento de JFET. En la siguiente sección, exploraremos el uso del JFET como dispositivo de conmutación.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

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