Los transistores de efecto de campo (en inglés Field Effect Transistor, FET) son dispositivos semiconductores similares a los transistores bipolares que ya vimos en un artículo anterior.  Pero a diferencia de estos, que básicamente son dispositivos controlados por corriente (una corriente pequeña controla a una grande), los FET son dispositivos controlados por tensión, donde una tensión pequeña permite controlar una gran corriente.

Otra característica distintiva de los FET es que el circuito de entrada consume muy poca corriente, presentando una resistencia muy elevada, lo que los hace especialmente aptos para amplificar señales débiles y para ser empleados en circuitos de bajo consumo. Además, los FET son mas pequeños que los transistores bipolares, lo que los hace ideales para ser incluidos en circuitos integrados.

Existen dos tipos de transistores de efecto de campo, distintos en su estructura y funcionamiento: Los FET de juntura (Junction FET, JFET) y los FET de puerta aislada (Insulated Gate FET, IGFET) mas popularmente conocidos como MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor FET).

A continuación veremos con mas detalle los tipos JFET (FET de juntura) y MOSFET (FET de puerta aislada)

FET de juntura (JFET)

Un JFET está constituido por una pieza de material semiconductor denominada “canal” en cuyos extremos se ubican dos de los terminales del transistor llamados DRENADOR (D o DRAIN) y SURTIDOR (S o SOURCE). El canal puede estar hecho de material P o N, lo que da lugar a dos variedades de JFET, el de canal N y el de canal P. A cada lado del canal se forma otra zona de material semiconductor opuesto al del canal donde se ubica en tercer terminal denominado GATE (G). Si el canal es N, la GATE es P y viceversa. Esto puede verse en la siguiente imagen junto a los símbolos que representan a cada tipo de transistor.

Estructura y símbolos de los JFET de canal N y canal P

El canal del JFET permite el paso de corriente entre el SURTIDOR y el DRENADOR, pero la cantidad de corriente dependerá de la tensión aplicada a la GATE, que está siempre polarizada inversamente. El efecto de la polarización inversa es equivalente a reducir el ancho del canal: cuanto mayor sea ésta, mas angosto el canal y menor será la corriente que circula entre Drenador y Surtidor, y al contrario, si la polarización inversa se reduce, el ancho efectivo del canal aumenta y aumenta también la corriente. El efecto es como el de una resistencia DRENADOR-SURTIDOR que varía según la tensión aplicada a la GATE.

La polarización inversa de la GATE también explica el porqué de la alta resistencia de entrada del FET, a diferencia del transistor bipolar que presenta una unión PN polarizada en forma directa.

 

Según los valores de tensión aplicados a Drenador, Surtidor y Gate, el JFET puede trabajar en tres modos de operación bien distinguibles:

Corte: Cuando la tensión de GATE es lo suficientemente alta como para cerrar completamente el canal, no circula corriente entre Drenador y Surtidor y el JFET equivale a un interruptor abierto.

Saturación: Si la tensión en la GATE es 0, no se afecta al ancho del canal que se comporta como un buen conductor, permitiendo la circulación de corriente máxima y comportándose como un interruptor cerrado.

Modo activo u óhmico: Cuando la tensión de GATE está entre los valores extremos anteriores, el JFET se comporta como una resistencia controlada por la tensión.

Cada modo de trabajo tiene su aplicación práctica. En un amplificador de audio, por ejemplo, el FET trabaja en el modo activo u óhmico, mientras que en aplicaciones de conmutación, cuando se controlan cargas que tienen sólo dos estados como “prendido” y “apagado”, el FET se lleva a la condición de saturación y corte respectivamente.

Un JFET canal N controlando una lámpara

IGFET o MOSFET

Los transistores IGFET (Insolated Gate FET o FET de puerta aislada) también conocidos como MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET o FET de Metal Óxido Semiconductor) son una variedad de transistores de efecto de campo que tienen el terminal de puerta (Gate) aislado del canal por una fina capa de óxido de siicio. Eso le otorga una resistencia de entrada del orden de los Mega ohm, mas alta aún que en el caso de los JFET. Esta resistencia tan elevada implica que prácticamente no circula corriente por la puerta, haciendo que el MOSFET se comporte como una resistencia variable donde la corriente entre Drenador y Surtidor es controlada por la tensión de puerta. Sin embargo, esta resistencia tan elevada tiene el inconveniente de permitir la acumulación de  mucha carga electroestática que puede dañar al MOSFET si no es manipulado con cuidado.

Como en el caso de los JFET, los MOSFET tienen tres terminales denominados Gate (Puerta), Drain (Drenador) y Source (Surtidor). También se pueden construir con el canal P o  N pero con el añadido de que existen dos variedades:

  • MOSFET de empobrecimiento: equivale a un interruptor “Normal Abierto”, siendo necesaria una tensión entre Puerta y Surtidor (Vgs) para llevarlo al estado de conducción.
  • MOSFET de enriquecimiento: equivale a un interruptor “Normal Cerrado”, siendo necesaria una tensión entre Puerta y Surtidor (Vgs) para que deje de conducir.

La estructura y símbolos de las distintas variedades de MOSFET se pueden ver en la siguiente figura:

Simbología de los transistores MOSFET

Este video nos muestra con mas detalle como funciona un transistor MOSFET

 

Espero que el artículo les haya sido útil, cualquier sugerencia, en la zona de comentarios.