JFET o FET de juntura – Transistor de efecto de campo

El JFET o FET de juntura es un dispositivo semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente. El transistor JFET está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos regiones con impurezas tipo P llamadas compuerta (Gate) y que están unidas entre sí. Ver la figura.

Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (Drain), Fuente (Source) y el tercer terminal es la compuerta (Gate) que ya se conoce. La región que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama “canal”.

La corriente circula de Drenaje (D) a Fuente (S). Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar o BJT. El terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la compuerta o se polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg).

Estructura de un JFET (canal N)

A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente pasar del terminal drenador o Drain al terminal fuente o Source. La tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama “punch-off” y es diferente para cada JFET.

El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por corriente y requiere que haya cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector. El transistor JFET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta (Gate) a fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el ancho del canal.

Diferencia en polarización entre el JFET canal N y canal P

Dependiendo del tipo de transistor, la polarización es diferente.

En el transistor canal N:

• El Voltaje VDD tiene el terminal positivo hacia el terminal “D” (Drenaje) y el terminal negativo al terminal “S” (Fuente) del transistor. Ver el sentido del flujo de la corriente ID en el siguiente gráfico.
• El voltaje VGG tiene el terminal positivo hacia el terminal “S” (Fuente) y el terminal negativo al terminal “G” (Compuerta) del transistor. La corriente IG = 0.

Polarización de un JFET de canal N

En el transistor canal P:

• El Voltaje VDD tiene el terminal negativo hacia el terminal “D” (Drenaje) y el terminal positivo al terminal “S” (Fuente) del transistor. Ver el sentido del flujo de la corriente ID en el siguiente gráfico.
• El voltaje VGG tiene el terminal negativo hacia el terminal “S” (Fuente) y el terminal positivo al terminal “G” (Compuerta) del transistor. La corriente IG = 0.

Polarización de un JFET de canal P

Nota: La corriente IG es muy pequeña (nano amperios / nA), se asume IG = 0.

Curva característica

Este gráfico muestra que pasa al aumentar el voltaje Vds (voltaje Drenador – Fuente), para un Vgs fijo (voltaje de compuerta fijo):

Curva característica del transistor JFET (VDS – ID)

• La corriente aumenta rápidamente (se comporta como una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de estricción),
• Desde el punto A la corriente se mantiene casi constante hasta llegar a un punto …
• B (entra en la región de disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta rápidamente hasta que el transistor se destruye.

Curvas características del JFET para varios valores de Vgs

Si ahora se repite este gráfico para diferentes voltajes de compuerta a surtidor (Vgs), se obtiene un conjunto de gráficos. Los valores son para Vgs son “0” voltios o valores negativos.

Si Vds es 0 voltios, por el transistor no circulará ninguna corriente. (ver gráfico anterior).

Para saber cual es el valor de la corriente se utiliza la fórmula de la curva característica de transferencia del JFET.

La curva característica de transferencia de un transistor JFET de canal tipo P se muestra en el gráfico inferior.  La fórmula es: ID = IDSS [1 – (Vgs / Vgs (off))].

Curva de Transferencia del JFET

Donde:

• IDSS es el valor de corriente cuando la Vgs = 0
• Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de corriente entre drenaje y fuente (ID = 0)
• Vgs es el voltaje entre la compuerta y la fuente para la que se desea saber ID

Resistencia del canal RDS

Como Vgs es el voltaje que controla el paso de la corriente ID (regula el ancho del canal), se puede comparar este comportamiento como el de una resistencia con valor depende del voltaje VDS.

Esto es solo válido para un Vds menor que el voltaje de estricción (ver punto A en el gráfico). Entonces si se tiene la curva característica de un transistor JFET, se puede encontrar La resistencia RDS con la siguiente fórmula: RDS = VDS/ID.

Símbolos del JFET (canal N y canal P)