JFET

Resistencia variable por tensión, fuente de corriente constante, interruptor por tensión, etc.

Estas son algunas de las aplicaciones para las que se utilizan los Transistores de Efecto de Campo de Unión o más conocidos por su siglas JFET.

Vamos a estudiarlo y comprenderlo de forma facil.



Índice de Contenidos:

- Los Transistores de Efecto de Campo (FET)
- ¿Qué es un JFET?
- Estructura del JFET
- Funcionamiento del JFET
- Conexión del JFET
- Signos de Tensiones y Corrientes
- Zonas de Funcionamiento (curvas)
- Circuitos Equivalentes del JFET
- Ejercicios JFET
- Video sobre el JFET

Los Transistores de Efecto de Campo (FET)

Antes de entrar de lleno en los JFET es importante conocer un poco los FET en general, ya que los JFET son un tipo de los FET.

"Field Effect Transistor" o FET significa Transistor de efecto de campo, es decir transistores que conducen por un campo eléctrico, parecido a un condensador.

De otra forma, es un transistor (conduce o no conduce la corriente) en el que se utiliza un campo eléctrico (una tensión) para controlar su conducción.

Hay dos variedades fundamentales de FET:

- El transistor de efecto de campo de juntura o unión (JFET)

- El transistor de efecto de campo de compuerta aislada (IGFET), o más comúnmente transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET para abreviar).

Ambos están disponible en dos clases (canal N y canal P).

Cuando estudiamos los transistores bipolares, vimos que una corriente más pequeña por la base puede ser utilizado para cambiar una corriente de carga mayor entre el emisor y colector, lo que hace que sea un dispositivo alimentado por "corriente".

Sin embargo, el transistor de efecto de campo, o simplemente FET, usa el voltaje aplicado a su terminal de entrada, llamado puerta o gate (G), para controlar la corriente que fluye a través de él, lo que hace que la corriente de salida del FET sea proporcional al voltaje de entrada.

Dado que su funcionamiento depende de un campo eléctrico (de ahí el nombre de efecto de campo) creado por el voltaje de la puerta de entrada, esto hace que el transistor de efecto de campo sea un dispositivo alimentado por "voltaje".

El transistor de efecto de campo es un dispositivo semiconductor unipolar de tres terminales que tiene propiedades muy similares a los transistores bipolares, es decir, alta eficiencia, fácil funcionamiento, resistente y económico, y se puede utilizar en la mayoría de las aplicaciones de circuitos electrónicos.

Los FET pueden ser mucho más pequeños que un transistor BJT equivalente y, junto con su bajo consumo de energía y baja disipación de energía, son ideales para su uso en circuitos integrados.

Los transistores de efecto de campo tienen una gran ventaja sobre sus primos los transistores bipolares, no consumen casi nada en el circuito de activación del transistor, como luego veremos.

Nosotros aquí vamos a estudiar los JFET, los mosfet puedes ver su estudio en el enlace anterior.

¿Qué es un JFET?

El transistor de efecto de campo de unión o JFET es un dispositivo semiconductor unipolar de tres terminales.

Es básicamente una barra semiconductora N o P (canal), en unión con otros dos semiconductores contrarios al tipo del canal.

Si el Canal es de semiconductor N, los otros 2 semiconductores serán P

Si el Canal es de semiconductor P, los otros 2 semiconductores serán N

Tiene 3 patillas unidas a los semiconductores por contactos óhmicos, El drenador (D) y la fuente (F) en los extremos del canal, y otra patilla llamada Puerta o Gate (G) en uno de los otros 2 semiconductores.



La tensión aplicada entre la puerta  (electrodo de control) y la fuente (F) controlará la conducción (corriente) entre el drenador y la fuente al modular (variar) el ancho del canal por el que circulará.

Estructura del JFET

La ruta de corriente entre estos dos terminales (fuente y drenador) se denomina "canal", que puede estar hecho de un material semiconductor tipo P o tipo N.

- Si el canal es del tipo semiconductor N se llama JFET de canal N (las otras patillas serán P)

- Si el canal es del tipo semiconductor P se llaman JFET de canal P (las otras patillas serán N)

Funcionamiento del JFET

El transistor JFET sirve para controlar una corriente que va a circular del drenador a la fuente (ID).

Es similar al transistor bipolar que controlamos una corriente del emisor al colector.

La corriente se controlaba por otra corriente entre la base y el emisor del transistor bipolar.

Pero OJO en el JFET la corriente entre drenador y la fuente se controla por medio de una tensión.

La tensión que habrá entra la puerta (G) y la fuente (F).

Para explicar esto es necesario conocer el funcionamiento con polarización inversa de la unión PN.

En una unión PN la zona donde se unen los 2 semiconductores se llama zona de agotamiento.


Esta zona de agotamiento es una zona en donde los electrones se unen a los huecos y no existen portadores de carga, es decir no electrones ni huecos sueltos.

En esa zona no hay posibilidad de corriente, ya que no se pueden mover los electrones hacia los huecos.

Si se polariza inversamente la unión PN, es decir el semiconductor P al negativo y el N al positivo de la tensión, entonces la zona de agotamiento aumenta con el aumento de la tensión polarizada inversamente.


Ahora vamos a nuestro JFET, que utilizaremos uno de canal N para explicarlo, aunque la explicación serviría también para los del canal P.

En un JFET de canal N tenemos una 2 uniones PN entre las gate (G), que es semiconductor P y la fuente (N) que es el canal y la otra entre el otro semiconductor P y el canal.

La que nos interesa es la unión PN entre G y el canal.


Si esta unión PN la polarizamos inversamente, es decir la G que es P al negativo y la S que es N al positivo, tenemos la tensión VGS de la imagen de arriba.

Al aumentar esta tensión aumentará la zona de agotamiento, como ya vimos, y por lo tanto disminuirá el ancho del canal, lo que hace que tendrá más resistencia al paso de la corriente.

La zona de agotamiento a veces también se llama zona de deplexión.

Si disminuye el canal, la corriente entre el drenador (D) y la fuente (S) disminuye.

Conclusión: Aumentando VGS disminuye la intensidad por el canal ID.

OJO (casi) no circula corriente entre la puerta (G) y la fuente (F) solo hay voltaje (eso solo ocurre en los transistores bipolares).

Al estar la fuente de tensión que conectemos entre la G y la F polarizad inversamente, la corriente que circula es prácticamente 0V.

Acuérdate que un diodo polarizado inversamente la corriente que circula por el diodo es prácticamente 0V.

Esta es la gran ventaja de los JFET frente a los bipolares, que controlamos una corriente entre D y S pero sin casi consumo en el control.

Ya tenemos un control de la corriente por el canal gracias a una tensión (VGS), que si recuerdas es lo que hace un JFET.

Lógicamente para que tengamos corriente entre D y S necesitamos una tensión entre esos 2 puntos, ya que en ausencia de tensión siempre hay ausencia de corriente y por mucho que aumentemos VGS o la disminuyamos nunca habrá corriente entre D y S.

Conexión JFET

Puedes ver las diferentes conexiones del JFET, ya sea de canal N o de canal P.

Signos de Tensiones y Corrientes

Se toma por convención que la corriente es positiva cuando circula de drenador a fuente (de D a S).

Los símbolos en función del canal, los signos y las direcciones de corrientes y tensiones que se aplican son:

Zonas de Funcionamiento (curvas)

La primera curva que veremos es la que representa la ID en función de la variación de la VGS.

Ya sabemos que para VGS = 0V el canal será lo más ancho posible y por lo tanto la ID será la máxima posible.

Esta ID máxima se llama IDSS y nos la da el fabricante para cada uno de los diferentes JFET.

Ahora veamos la curva ID en función de VGS.



Como puedes apreciar no es un recta pero casi.

Partimos de VGS = 0V para una ID máxima llamada IDSS, y vemos como al aumentar la VGS (negativa) disminuye la ID porque el canal se estrecha, la resistencia aumenta y la intensidad disminuye (la curva baja).

La IDSS nos la proporciona el fabricante.

En la curva vemos como la tensión inversa máxima sería de -4V, ya que para esa tensión el canal estaría totalmente estrangulado (cerrado), lo que hace que no permitiría el paso de la corriente por el.

Esta tensión será la VGS máxima para que circule corriente por el canal (transistor en corte) y se llama VGSOFF .

La VGSOFF  también nos la da el fabricante.

Podemos calcular la ID que circulará por el JFET en función de los otros valores:

ID = IDSS [1- (VGS/VGSOFF)]²

Nota fíjate que está elevado al cuadrado lo que hay entre corchetes.

La IDSS, la VGSOFF son valores constantes, luego solo depende de la VGS.

Ahora veamos como varía la ID en función de la VDS dejando fija la VGS.

Veamos primero solo la curva cuando VGS = 0V


Cuando VGS = 0V, entonces el canal es lo más ancho posible y es cuando puede circular la máxima corriente por el circuito externo, es decir de D a S, o lo que es lo mismo la ID.

Lógicamente por muy poca resistencia que tenga el canal necesitamos una tensión externa VDS, para que comience a circular intensidad.

Según aumentamos la VDS aumenta la ID, hasta llegar a un punto en que la gráfica se curva y por mucho que sigamos aumentando la VDS no aumenta la ID.

Ese punto es el punto negro que ves en la gráfica y se llama Vp o tensión de estrangulamiento.

Se puede calcular mediante la fórmula:

Vp = VGS-VGSOFF

Si recuerdas en la curva primera la VGSS era de -4V, pues si esta curva fuera la del mismo JFET que la de la primera curva el punto de estrangulamiento sería:

Vp = VGS-VGSOFF = 0-(-4) = 4V

Ese sería el punto de estrangulamiento par ese JFET cuando VGS =0V.

Como ves en la parte de arriba de la gráfica hay varias zonas de funcionamiento del JFET:

La zona óhmica se llama así porque es cuando el JFET funciona como una resistencia, aumenta la I cuando aumenta la V igual casi que en una resistencia pura (sería una recta según la ley de ohm)

Esto es muy útil para ciertas aplicaciones, ya que tenemos una resistencia variable con la tensión VGS.

La zona de saturación es donde ya no aumenta la intensidad aunque aumentemos la VDS

La Zona de Ruptura es a la que nunca debemos llegar, ya que es como si se rompiera el JFET y el canal no tuviera resistencia, con lo que la intensidad sería enorme.

Ahora veamos curvas para diferentes valores de VGS.+

Esta es la llamada curva característica del JGET.



Fíjate que cuando aumentamos la VGS, llegamos antes a la zona de saturación, es decir a mayor VGS menor será la IDSS.

Por ejemplo para VGS =-1, si calculamos Vp tenemos:

Vp = VGS-VGSFF = -1-(-4)= 3V

Quiere decir que cuando aumentamos VGS a -1V llegamos antes a la saturación, exactamente a los 3V, en lugar de a 4V como llegábamos cuando VGS era 0V.

Podemos poner la VGS a la tensión exacta para tener una intensidad de salida fija (VDS), que dependerá del receptor que alimentemos mediante el JFET.

A veces puedes ver las 2 curvas estudiadas a la vez:



Fórmulas para JFET

Tenemos 2 fórmulas fundamentales y ya vistas:

Para calcular ID será:

ID = IDSS [1- (VGS/VGSOFF)]²

Para calcular Vp será:

Vp = VGS - VGSSOFF

Pero para los cálculos lo mejor es tomar la zona resistiva vista antes del JFET

Circuitos Equivalentes del JFET

En la zona resistiva del JFET, el transistor se comporta como una resistencia, es decir al aumentar la tensión aumenta la intensidad y la resistencia.

En esta zona del transistor JFET podemos hacer un circuito equivalente donde el canal del JFET es una resistencia que llamaremos RDS (resistencia entre D y S)



Calcular la RDS es muy fácil ya que son valores que nos da el fabricante o que podemos sacar de la gráfica directamente.

En la zona de saturación (corriente constante) el transistor JFET se comporta como una fuente de intensidad, donde la intensidad permanecerá constante.

Desde la Vp el transistor JFET se comporta como una fuente de corriente constante.

Donde colocamos la resistencia anterior solo deberíamos colocar una fuente de intensidad.

Estas fuentes de corriente constante se usan comúnmente en los circuitos de carga de condensadores para fines de temporización precisos o en aplicaciones de carga de baterías recargables, así como en circuitos de LED lineales para accionar cadenas de LED con un brillo constante.

Veamos unos problemas resueltos.

Ejercicios JFET

Veamos otro ejercicio


Otro más:



Y el último:

Video sobre el JFET

Te dejamos un video con una explicación básica del funcionamiento por si acaso lo prefieres en video o todavía no lo entendiste.



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