UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

“FET TRANSISTOR EFECTO DE CAMPO. MOSFET. JFET”

CURSO : DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

CÓDIGO : IE-305

DOCENTE : Ing. MATOS MELENDEZ, Luis

ALUMNO : LOPEZ PRINCIPE, Néstor Alberto

E.A.P. : INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CICLO : V

AÑO ACADÉMICO : 2011-II

HUACHO-PERÚ

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Y EXPOSICIÓN:

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS (IE-305) [ ]

FET (Field Efect Transistor)

Transistor de efecto del campo. Está formado por una barra de semiconductor N o P que se llama el canal, tiene un cinturón o estrechamiento del otro tipo de semiconductor, los extremos del canal se unen a terminales D(drain, drenaje) y S (Source, surtidor o fuente), el cinturón se une al terminal G (Gate, compuerta).

Al aplicar voltaje entre D y S (VDS) se forma una corriente ID que depende de la resistencia del canal, si se aplica un voltaje VGS negativo (G = -, S = +) el diodo formado por el cinturón y el canal queda en inverso y no hay corriente de compuerta (IG = 0) pero el voltaje negativo es G repele las cargas negativas que pasan por el canal que aparece como un aumento de resistencia y la corriente ID disminuye, haciendo mayor o menor la magnitud de VGS haremos que ID disminuya o aumente, así se obtiene un control de ID, siendo la variable de control del voltaje VGS.

En el FET la relación entre ID y VGS está dada por la ecuación de Schotkley:

ID = IDSS (1 - (VGS/VP))²

IDSS y VP son constantes características de cada tipo o referencia de transistor, se obtienen en las hojas de especificaciones del fabricante. Los circuitos de polarización de FET y MOSFET se encuentran en la Tabla No. 3 donde el punto de trabajo se da por el corte de la parábola de la ecuación de Schotkley y la recta de carga del circuito.

Los transistores FET y MOSFET se usan como amplificadores, donde su característica más importante es su alta impedancia de entrada por efecto de IG = 0.

Ventajas y desventajas del FET

Las ventajas del FET pueden resumirse como sigue:

1. Son dispositivos sensibles a la tensión con alta impedancia de entrada (del orden de 107 W). Como esta impedancia de entrada es considerablemente mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada de un amplificador multietapa.

2. Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.3. Los FET so más estables con la temperatura que los BJT.

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4. Los FET son, en general, más fáciles de fabricar que los BJT pues suelen requerir menos pasos de enmascaramiento y difusiones. Es posible fabricar un mayor número de dispositivos en un circuito integrado (es decir, puede obtener una densidad de empaque mayor).

5. Los FET se comportan como resistores variables controlados por tensión para valores pequeños de tensión de drenaje a fuente.

6. La alta impedancia de entrada de los FET les permite almacenar carga el tiempo suficiente para permitir su utilización como elementos de almacenamiento.

7. Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

Existen varias desventajas que limitan la utilización de los FET en algunas aplicaciones:

1. Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada.

2. Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre.3. Los FET se pueden dañar al manejarlos debido a la electricidad estática.

Tipos de FET

Se consideran tres tipos principales de FET:

1. FET de unión (JFET)2. FET metal óxido semiconductor de empobrecimiento (MOSFET de

empobrecimiento)3. FET metal óxido semiconductor de enriquecimiento (MOSFET de

enriquecimiento)

MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

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") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE)

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 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.

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La técnica de fabricación MOS permite obtener dispositivos semiconductores como transistores y circuitos integrados muy eficientes, con características especiales.Entre ellas se destacan el bajo consumo de corriente y el fácil manejo en los circuitos. Por esta razón este tipo de semiconductores se está utilizando mucho en todos los circuitos electrónicos modernos.

Uno de los tipos de MOSFET, llamado MOSFET DE POTENCIA, que se utiliza para manejar corrientes altas, se ha vuelto muy popular debido a su capacidad para controlar fácilmente cargas grandes como motores, bobinas, amplificadores de audio de gran potencia, etc.

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.

        

Principio de operación de un MOSFET

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)

           

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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.

Transistor de efecto campo

El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad una familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET, como todos los transistores, pueden plantearse como resistencias controladas por voltaje.

La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal. La región activa de los TFTs (thin-film transistores, o transistores de película fina), por otra parte, es una película que se deposita sobre un sustrato (usualmente vidrio, puesto que la principal aplicación de los TFTs es como pantallas de cristal líquido o LCDs).

P-channel

N-channel

Símbolos esquemáticos para los JFETs canal-n y canal-p. G=Puerta (Gate), D=Drenador (Drain) y S=Fuente (Source).

Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor FET).

Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es el terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de

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efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente.

El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el análisis y diseño de circuitos.

Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.

Tipo de transistores de efecto campo

Podemos clasificar los transistores de efecto campo según el método de aislamiento entre el canal y la puerta:

El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) usa un aislante (normalmente SiO2).

El JFET (Junction Field-Effect Transistor) usa una unión p-n

El MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) usa una barrera Schottky

En el HEMT (High Electron Mobility Transistor), también denominado HFET (heterostructure FET), la banda de material dopada con "vacíos" forma el aislante.

La característica de los TFT que los distingue, es que hacen uso del silicio amorfo o del silicio policristalino.

Tecnología CMOS

Un inversor en tecnología CMOS

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Oblea de CIs (Circuitos Integrados) CMOS

CMOS (inglés: Complementary Metal Oxide Semiconductor (Semiconductor complementario del óxido de metal), «MOS Complementario») es una tecnología utilizada para crear circuitos integrados, como pueden ser compuertas lógicas, contadores (entre éstos, muy populares los Decimales Johnson), etc. Consiste básicamente en dos transistores, uno PFET y otro NFET. De esta configuración resulta el nombre.

Los chips CMOS consumen menos potencia que aquellos que usan otro tipo de transistor. Tienen especial atractivo para emplearlo en componentes que funcionen con baterías, como los ordenadores portátiles. Los ordenadores de sobremesa también contienen dispositivos de memoria CMOS de bajo consumo de potencia para almacenar la fecha, hora y configuraciones (BIOS).

Existen diversos tipos de pros y contras contra estos circuitos, siendo el problema del daño por electricidad estática el fantasma que más afecta el uso comercial de estos integrados.

Diversos estudios afirman que dicho planteamiento no es más que un mito ya que deben darse muchos factores tanto ambientales, físicos aparte de lo eléctrico para dañarlos.

Dentro de las ventajas mayores que tienen los CMOS destacan las siguientes dos:

1. Funcionan con tensiones desde los 3 V hasta los 15 V, por ende no necesitan una fuente de voltaje dedicada para ellos.

2. Se ha demostrado que un CMOS determinado tiene muchas más aplicaciones (o dichas aplicaciones trabajan mejor en CMOS) que en un TTL

Además, su fabricación es relativamente fácil y barata, en comparación a otras tecnologías

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BIBLIOGRAFÍA

- BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

[1].SEDRA, Adel y KENNETH, Smith. Circuitos Microelectrónicos. México: Oxford University Press, 2001.[2].MUHAMMAD, Rashid. Circuitos Microelectrónicos: Análisis y diseño. Estados Unidos: Internacional Thompson Editores, 1999. [3].DATASHEET Catalog. Buscador de hojas de datos de dispositivos electrónicos, Online,http://www.datasheetcatalog.net/.

- BIBLIOGRAFÍA ELECTRÓNICA

1. http://perso.wanadoo.es/luis_ju/edigital/qnpn_pnp.html2. http://www.mailxmail.com/curso-transistor-dispositivo-electronico/circuitos-aplicativos-transistores3. http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor4. http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/transistores.pdf5. http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp

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