El transistor de efecto de campo de unión (JFET) como interruptor

Como su primo bipolar, el transistor de efecto de campo puede usarse como un interruptor de encendido / apagado que controla la energía eléctrica a una carga. Comencemos nuestra investigación del JFET como un interruptor con nuestro conocido circuito de interruptor / lámpara:

Recordando que la corriente controlada en un JFET fluye entre la fuente y el drenaje, sustituimos las conexiones de fuente y drenaje de un JFET por los dos extremos del interruptor en el circuito anterior:

Si aún no lo ha notado, las conexiones de fuente y drenaje en un JFET se ven idénticas en el símbolo esquemático. A diferencia del transistor de unión bipolar, donde el emisor se distingue claramente del colector por la punta de la flecha, la fuente y las líneas de drenaje de un JFET corren perpendiculares a la barra que representa el canal semiconductor. Esto no es un accidente, ya que la fuente y las líneas de drenaje de un JFET a menudo son intercambiables en la práctica. En otras palabras, los JFET generalmente pueden manejar la corriente del canal en cualquier dirección, de fuente a drenaje o de drenaje a fuente.

JFET como conmutador abierto

Ahora, todo lo que necesitamos en el circuito es una forma de controlar la conducción del JFET. Con un voltaje aplicado cero entre la puerta y la fuente, el canal del JFET estará "abierto", permitiendo que la lámpara llegue a plena corriente. Para apagar la lámpara, necesitaremos conectar otra fuente de voltaje de CC entre la puerta y las conexiones de la fuente del JFET de esta manera:

JFET como interruptor cerrado

Al cerrar este interruptor, se "pellizcará" el canal del JFET, lo que lo forzará a cortar y apagará la lámpara:

Tenga en cuenta que no pasa corriente a través de la puerta. Como unión PN con polarización inversa, se opone firmemente al flujo de corriente a través de ella. Como dispositivo controlado por voltaje, el JFET requiere una corriente de entrada insignificante. Este es un rasgo ventajoso del JFET sobre el transistor bipolar:prácticamente no se requiere potencia de la señal de control.

Abrir el interruptor de control nuevamente debería desconectar el voltaje de CC de polarización inversa de la puerta, permitiendo así que el transistor se encienda nuevamente. Idealmente, de todos modos, así es como funciona. En la práctica, esto puede no funcionar en absoluto:

¿Por qué es esto? ¿Por qué el canal del JFET no se abre de nuevo y permite que pase la corriente de la lámpara como lo hizo antes sin aplicar voltaje entre la puerta y la fuente? La respuesta está en el funcionamiento de la unión puerta-fuente con polarización inversa. La región de agotamiento dentro de esa unión actúa como una barrera aislante que separa la puerta de la fuente. Como tal, posee una cierta cantidad de capacitancia capaz de almacenar un potencial de carga eléctrica. Después de que esta unión haya sido polarizada inversamente por la fuerza mediante la aplicación de un voltaje externo, tenderá a mantener ese voltaje de polarización inversa como una carga almacenada incluso después de que se haya desconectado la fuente de ese voltaje. Lo que se necesita para volver a encender el JFET es purgar esa carga almacenada entre la puerta y la fuente a través de una resistencia:

Resistencia de purga

El valor de esta resistencia no es muy importante. La capacitancia de la unión puerta-fuente del JFET es muy pequeña, por lo que incluso una resistencia de purga de valor bastante alto crea una constante de tiempo RC rápida, lo que permite que el transistor reanude la conducción con poca demora una vez que se abre el interruptor.

Al igual que el transistor bipolar, importa poco de dónde o de qué proviene el voltaje de control. Podríamos usar una celda solar, un termopar o cualquier otro tipo de dispositivo generador de voltaje para suministrar el voltaje que controla la conducción del JFET. Todo lo que se requiere de una fuente de voltaje para el funcionamiento del interruptor JFET es suficiente voltaje para lograr el pellizco del canal JFET. Este nivel suele estar en el ámbito de unos pocos voltios de CC y se denomina pinch-off o corte Voltaje. El voltaje de pinch-off exacto para cualquier JFET dado es una función de su diseño único, y no es una cifra universal como lo es 0,7 voltios para el voltaje de unión base-emisor de un BJT de silicio.

REVISAR:

• Los transistores de efecto de campo controlan la corriente entre la fuente y las conexiones de drenaje mediante un voltaje aplicado entre la puerta y la fuente. En un cruce transistor de efecto de campo (JFET), hay una unión PN entre la puerta y la fuente que normalmente tiene polarización inversa para el control de la corriente fuente-drenaje.
• Los JFET son dispositivos normalmente encendidos (normalmente saturados). La aplicación de un voltaje de polarización inversa entre la puerta y la fuente hace que la región de agotamiento de esa unión se expanda, "pellizcando" el canal entre la fuente y el drenaje a través del cual viaja la corriente controlada.
• Puede ser necesario conectar una resistencia de "purga" entre la puerta y la fuente para descargar la carga almacenada acumulada a través de la capacitancia natural de la unión cuando se quita el voltaje de control. De lo contrario, puede quedar una carga para mantener el JFET en modo de corte incluso después de que se haya desconectado la fuente de voltaje.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de transistores de efecto de campo de unión (JFET)