MODELOS DEL TRANSISTOR NJFET

MODELOS DEL TRANSISTOR NJFET

Análogamente a lo efectuado con el transistor bipolar se van a presentar dos modelos para el JFET: uno para analizar el funcionamiento del transistor JFET con señales continuas y otro para las señales alternas aplicadas sobre un punto de operación de la región de saturación.

En primer lugar se presentan los modelos para las diferentes regiones de operación, a saber, corte, saturación y zona lineal. A partir de las ecuaciones dictadas por este modelo, se deducen posteriormente las expresiones necesarias para el análisis de señales de alterna de pequeña amplitud.

Modelo estático ideal
Para el transistor NJFET, el modelo viene representado en la Figura 10. El valor de ID depende de la región de funcionamiento del transistor.

Figura 10: Esquema circuital del modelo del transistor JFET

1 - Región de corte: la condición de la región de corte es que el canal esté completamente estrangulado en las proximidades de la fuente, lo que sucede cuando la tensión puerta-fuente alcance la tensión de estrangulamiento (VGS<VP). En este caso ID=0.
2 - Región lineal: es la región en que se produce un incremento de la intensidad ID al aumentar VDS. Este incremento es lineal para bajos valores de VDS aunque la linealidad se pierde cuando VDS se acerca a -VP. Para trabajar en la región lineal se deben dar dos condiciones:

VGS > VP
VGD > VP VGS > VP + VDS

Estas condiciones equivalen a admitir que el canal de conducción no se estrangula por la zona de deplección en inversa tanto en el extremo de drenaje como en la fuente. El valor que toma la corriente ID es

1 - Región de saturación: la región de saturación tiene lugar cuando la tensión entre drenador y puerta alcanza la tensión de estrangulamiento. Para que ello ocurra, el canal N, tiene que estar estrangulado en el extremo cercano al drenaje, pero no en el extremo del canal cercano a la fuente. Entonces, al igual que en el caso anterior, deben ocurrir dos condiciones:

VGS > VP
VGD < VP VGS < VP + VDS

En este caso la intensidad ID ya no depende de VDS, siendo su expresión

Por lo general, en los transistores NJFET tanto VP como VGS toman valores negativos, mientras que VDS e IDSS son positivos, tomando la dirección ID tal y como aparece en el modelo.

Modelo para señales alternas

Para la deducción del mismo se consideran las siguientes hipótesis:

Transistor polarizado en la región de saturación
Oscilaciones alternas de baja amplitud y baja frecuencia

Expresiones generales

De entre las diversas opciones posibles, para la deducción del modelo se escogen como variables independientes las tensiones VGS y VDS, mientras que las dependientes son las corrientes IG e ID. De este modo, las ecuaciones características del transistor vendrán dadas por dos funciones f1 y f2 tales que:

Las tensiones y corrientes de un punto de polarización concreto vendrán dadas por las expresiones anteriores:

Supongamos que sobre este punto de operación Q se añade una componente alterna, caracterizada por un VGS y por un VDS. Las oscilaciones de las corrientes pueden calcularse como:

A partir de este momento, para simplificar la notación se escribirán con letra minúscula los incrementos de las variables. La expresión anterior admite una representación matricial:

en donde los coeficientes yij se llaman parámetros admitancia.

yis : Admitancia de entrada (-1)
yrs: Admitancia de transferencia inversa (-1)
yfs : Transconductancia (-1). Se suele nombrar como gm
yos : Admitancia de salida (-1)

Cálculo de los parámetros admitancia

Para el cálculo de los parámetros yij se van a emplear las expresiones resultantes del modelo estático para la región de saturación.

Función f1 =>
Función f2 =>

La representación circuital de este modelo simplificado responde al mismo esquema presentado en la Figura 10.

APLICACIONES DE LOS TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Las aplicaciones generales de todos los FET son:

ELECTRONICA ANALOGICA

Para estas aplicaciones de emplean transistores preparados para conducir grandes corrientes y soportar elevadas tensiones en estado de corte.

Resistencias variables de valor gobernable por tensión (variando la anchura del canal).
Amplificadores de tensión, especialmente en la amplificación inicial de señales de muy baja potencia.
Control de potencia eléctrica entregada a una carga.

En el caso de la amplificación los circuitos se diseñan para que el punto de operación DC del MOS se encuentre en la región de saturación. De este modo se logra una corriente de drenaje dependiente sólo de la tensión VGS.

ELECTRONICA DIGITAL

Los MOS se emplean a menudo en electrónica digital, debido a la capacidad de trabajar entre dos estados diferenciados (corte y conducción) y a su bajo consumo de potencia de control. Para esta aplicación se emplean dispositivos de muy baja resistencia, de modo que idealmente pueda considerarse que: