JFET

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Esquema interno del transistor JFET canal P.

El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de juntura o unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores eléctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida. En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo eléctrico, estos valores de entrada son las tensiones eléctricas, en concreto la tensión entre los terminales S (fuente) y G (puerta), VGS. Según este valor, la salida del transistor presentará una curva característica que se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, óhmica y saturación.

Físicamente, un JFET de los denominados "canal P" está formado por una pastilla de semiconductor tipo P en cuyos extremos se sitúan dos patillas de salida (drenador y fuente) flanqueada por dos regiones con dopaje de tipo N en las que se conectan dos terminales conectados entre sí (puerta). Al aplicar una tensión positiva VGS entre puerta y fuente, las zonas N crean a su alrededor sendas zonas en las que el paso de electrones (corriente ID) queda cortado, llamadas zonas de exclusión. Cuando esta VGS sobrepasa un valor determinado, las zonas de exclusión se extienden hasta tal punto que el paso de electrones ID entre fuente y drenador queda completamente cortado. A ese valor de VGS se le denomina Vp. Para un JFET "canal N" las zonas p y n se invierten, y las VGS y Vp son negativas, cortándose la corriente para tensiones menores que Vp.

Así, según el valor de VGS se definen dos primeras zonas; una activa para tensiones negativas mayores que Vp (puesto que Vp es también negativa) y una zona de corte para tensiones menores que Vp. Los distintos valores de la ID en función de la VGS vienen dados por una gráfica o ecuación denominada ecuación de entrada.

En la zona activa, al permitirse el paso de corriente, el transistor dará una salida en el circuito que viene definida por la propia ID y la tensión entre el drenador y la fuente VDS. A la gráfica o ecuación que relaciona estás dos variables se le denomina ecuación de salida, y en ella es donde se distinguen las dos zonas de funcionamiento de activa: óhmica y saturación.

Ecuaciones del transistor J-FET[editar]

Gráfica de entrada y de salida de un transistor JFET canal n. Las correspondientes al canal p son el reflejo horizontal de éstas.

Mediante la gráfica de entrada del transistor se pueden deducir las expresiones analíticas que permiten analizar matemáticamente el funcionamiento de este. Así, existen diferentes expresiones para las distintas zonas de funcionamiento.

Para |VGS| < |Vp| (zona activa), la curva de valores límite de ID viene dada por la expresión:

I_D = I_{DSS}(1 - \frac{V_{GS}}{V_p})^2

Siendo la IDSS la ID de saturación que atraviesa el transistor para VGS = 0, la cual viene dada por la expresión:

I_{DSS} = \frac{k}{2}V_p^2

Los puntos incluidos en esta curva representan las ID y VGS (punto de trabajo, Q) en zona de saturación, mientras que los puntos del área inferior a ésta representan la zona óhmica.

Para |VGS| > |Vp| (zona de corte):   I_D = {0}

Ecuación de salida[editar]

En la gráfica de salida se pueden observar con más detalle los dos estados en los que el JFET permite el paso de corriente. En un primer momento, la ID va aumentando progresivamente según lo hace la tensión de salida VDS. Esta curva viene dada por la expresión: I_D =  \frac{k}{2}V_{DS}(V_{GS} - V_p) que suele expresarse como I_D = \frac{V_{DS}}{R_{on}}, siendo: R_{on} = \frac{1}{\frac{k}{2}(V_{GS}-V_p)}

Por tanto, en esta zona y a efectos de análisis, el transistor puede ser sustituido por una resistencia de valor Ron, con lo que se observa una relación entre la ID y la VDS definida por la Ley de Ohm. Esto hace que a esta zona de funcionamiento se le denomina zona óhmica.

A partir de una determinada VDS la corriente ID deja de aumentar, quedándose fija en un valor al que se denomina ID de saturación o IDSAT. El valor de VDS a partir del cual se entra en esta nueva zona de funcionamiento viene dado por la expresión:  V_{DS} =  V_{GS} - V_p. Esta IDSAT, característica de cada circuito, puede calcularse mediante la expresión:

I_D =  \frac{k}{2}(V_{GS} - V_p)^2

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