Campo (unipolar) el transistor es un dispositivo que tiene tres salidas y es controlado por el electrodo de control aplicado (gate) en la puerta.puertaLa tensión se aplica al electrodo de control (puerta). La corriente a controlar circula por el circuito fuente-drenaje.
La idea de un triodo de este tipo surgió hace unos 100 años, pero no fue hasta mediados del siglo pasado cuando se pudo acercar a la aplicación práctica. En los años 50 se desarrolló el concepto de transistor de efecto de campo y en 1960 se fabricó el primer ejemplo funcional. Para entender las ventajas y desventajas de este tipo de triodos, es necesario comprender su construcción.
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Diseño de transistores de efecto de campo
Los transistores unipolares se dividen en dos grandes clases según su diseño y tecnología de fabricación. Aunque los principios de control son similares, tienen características de diseño que determinan su rendimiento.
Triodos unipolares con unión p-n
La estructura de este transistor de efecto de campo es similar a la de un transistor convencional diodo semiconductor y, a diferencia de su primo bipolar, sólo contiene una unión. Un transistor de unión p-n está formado por una oblea de un tipo de conductor (por ejemplo, n), y una región incrustada de otro tipo de semiconductor (en este caso p).
La capa n forma un canal por el que fluye la corriente entre los pines de la fuente y el drenaje. El terminal de la puerta está conectado a la región p. Si se aplica un voltaje a la puerta que desplaza la transición en la dirección opuesta, la región de transición se expande, la sección transversal del canal, por el contrario, se estrecha y su resistencia aumenta. Controlando la tensión de la puerta, se puede controlar la corriente en el canal. El transistor también puede hacerse con un canal de tipo p, en cuyo caso la puerta está formada por un semiconductor n.
Una característica de este diseño es la gran resistencia de entrada del transistor. La corriente de puerta viene determinada por la resistencia de la unión retroconectada, y está en el rango de unidades o decenas de nanamperios en CC. En CA, la resistencia de entrada viene dada por la capacitancia de unión.
Las etapas de ganancia construidas con estos transistores, debido a su alta impedancia de entrada, facilitan la adaptación de los dispositivos de entrada. Además, los triodos unipolares no recombinan los portadores de carga y esto reduce el ruido de baja frecuencia.
En ausencia de tensión de polarización, la anchura del canal es mayor y la corriente que lo atraviesa es máxima. Cuando se aumenta la tensión, se puede alcanzar un estado en el que el canal se apaga por completo. Esta tensión se denomina tensión de corte (Uots).
La corriente de drenaje de un transistor de efecto de campo depende tanto de la tensión entre la puerta y la fuente como de la tensión drenaje-fuente. Si la tensión de puerta es fija, la corriente aumenta casi linealmente con el aumento de Uci al principio (gráfico ab). Al entrar en saturación, un nuevo aumento de la tensión no provoca prácticamente ningún aumento de la corriente de drenaje (sección bb). A medida que aumenta el nivel de la tensión de bloqueo de la puerta, la saturación se produce a valores más bajos de I-stock.
La figura muestra la dependencia familiar de la corriente de drenaje con la tensión entre la fuente y el drenaje para varios valores de la tensión de puerta. Está claro que con Uci por encima de la tensión de saturación, la corriente de drenaje depende casi exclusivamente de la tensión de puerta.
Esto se ilustra con la característica de transferencia del transistor unipolar. A medida que aumenta la tensión de puerta negativa, la corriente de drenaje disminuye casi linealmente hasta llegar a cero cuando la tensión de puerta alcanza el nivel de tensión de corte.
Triodos unipolares con puerta aislada
Otra variante de un transistor de efecto de campo es el diseño con puerta aislada. Estos triodos se denominan transistores TDP TIR (metal-dieléctrico-semiconductor), denominación extranjera MOSFET. Solía ser habitual llamarlo MOS (metal-óxido-semiconductor).
El sustrato está formado por un conductor de un determinado tipo de conductividad (en este caso n), el canal está formado por un semiconductor de otro tipo de conductividad (en este caso p). La puerta está separada del sustrato por una fina capa dieléctrica (óxido), y sólo puede afectar al canal a través del campo eléctrico creado. Si la tensión de puerta es negativa, el campo generado obliga a los electrones a salir de la zona del canal, la capa se agota y su resistencia aumenta. Por el contrario, en los transistores de canal p, la aplicación de una tensión positiva aumenta la resistencia y reduce la corriente.
Otra característica de un transistor de puerta aislada es la sección positiva de la característica de transferencia (negativa para un triodo de canal p). Esto significa que también se puede aplicar a la puerta una tensión de polaridad positiva de un determinado valor, lo que aumentará la corriente de drenaje. La familia de características de salida no es fundamentalmente diferente de la de un triodo de unión p-n.
La capa dieléctrica entre la puerta y el sustrato es muy fina, por lo que los primeros transistores TIR producidos (como los de fabricación nacional KP350) eran extremadamente sensibles a la electricidad estática. Los altos voltajes perforaron la fina película, haciendo que el transistor fuera inoperable. En los triodos modernos se han tomado medidas constructivas de protección contra la sobretensión, por lo que las precauciones contra la estática son prácticamente innecesarias.
Otra variante de un triodo unipolar de puerta aislada es el transistor de canal inductivo. No hay ningún canal inductivo y no fluye ninguna corriente de la fuente al drenaje si no hay tensión en la puerta. Si se aplica un voltaje positivo a la puerta, el campo que genera "sacará" electrones de la zona n del sustrato y creará un canal en la región cercana a la superficie para que fluya la corriente. De esto se desprende que un transistor de este tipo, dependiendo del tipo de canal, es controlado por la tensión de una sola polaridad. Esto también se puede ver en su característica de paso.
También hay transistores de doble puerta. Se diferencian de los transistores convencionales en que tienen dos puertas iguales, cada una de las cuales puede ser controlada por una señal independiente, pero su efecto en el canal se suma. Un triodo de este tipo puede representarse como dos transistores ordinarios conectados en serie.
Esquema del transistor de efecto de campo
El ámbito de aplicación de los transistores de efecto de campo es el mismo que el de en cuanto a los transistores bipolares .. Se utilizan principalmente como elementos de amplificación. Los triodos bipolares se utilizan en etapas de amplificación con tres circuitos principales:
- colector común (repetidor emisor);
- base común;
- emisor común.
Los transistores de efecto de campo se conectan de forma similar.
Circuito de drenaje común
Circuito de drenaje común (fuente-acoplador), similar a un repetidor de emisor en un triodo bipolar, no proporciona ninguna ganancia de tensión, pero sí de corriente.
Una ventaja de este circuito es su alta impedancia de entrada, que en algunos casos es una desventaja: la etapa se vuelve susceptible a las interferencias electromagnéticas. Si es necesario, Rin puede reducirse incluyendo una resistencia R3.
Circuito con puerta común
Este circuito es similar a un transistor bipolar de base común. Este circuito proporciona una buena ganancia de tensión, pero no de corriente. Al igual que el diseño de la base común, no se suele utilizar.
Circuito de fuente común
La disposición más común es la conexión de fuente común de los triodos de efecto de campo. Su ganancia depende de la relación entre la resistencia Rc y la resistencia en el circuito de drenaje (se puede colocar una resistencia adicional en el circuito de drenaje para ajustar la ganancia) y también depende de la pendiente de la característica del transistor.
Los transistores de efecto de campo también se utilizan como resistencias controladas. Para ello, se selecciona el punto de funcionamiento dentro de la sección de la línea. Basándose en este principio, se puede realizar un divisor de tensión controlado.
Y en un triodo de doble puerta en este modo, se puede implementar, por ejemplo, un mezclador para la recepción de equipos - en una puerta de la señal recibida, y en el otro - el la señal del heterodino.
Si aceptamos la teoría de que la historia evoluciona en espiral, podemos ver un patrón en el desarrollo de la electrónica. De los tubos controlados por tensión, la tecnología ha pasado a los transistores bipolares, que necesitan corriente para ser controlados. La espiral ha cerrado el círculo: ahora predominan los triodos unipolares que, al igual que las lámparas, no requieren consumo de energía en los circuitos de control. Ya se verá a dónde nos lleva la curva cíclica. Por ahora, no se vislumbra ninguna alternativa a los transistores de efecto de campo.
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