Los transistores más conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP),
llamados así porque la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de
portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son
de gran utilidad en gran número de aplicaciones pero tienen ciertos
inconvenientes, entre los que se encuentra su impedancia de entrada bastante
baja.
Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y
que pertenece a la familia de dispositivos en los que existe un sólo tipo de
portador de cargas, y por tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo.
Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de
material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar
del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n.
En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas
respectivamente, sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión
llamada puerta (g-gate) en el collar.
La Figura anterior muestra un esquema que ayudará a comprender el
funcionamiento de un FET. En este caso se ha supuesto que el canal es de
material de tipo N.
La puerta está polarizada negativamente respecto a la fuente, por lo que la
unión P-N entre ellas se encuentra polarizada inversamente y existe (se crea)
una capa desierta.
Si el material de la puerta está más dopado que el del canal, la mayor
parte de la capa estará formada por el canal. Si al tensión de la puerta es
cero, y Vds = 0, las capas desiertas profundizan poco en el canal y son uniformes a
todo lo largo de la unión.
Si Vds se hace positiva ( y Vgs sigue siendo cero) por el canal circulará una corriente entre sumidero y
fuente, que hará que la polarización inversa de la unión no sea uniforme en
toda su longitud y, en consecuencia, en la parte más próxima al sumidero, que
es la más polarizada, la capa desierta penetrará más hacia el interior del
canal.
Para valores pequeños de Vds, la corriente de
sumidero es una función casi lineal de la tensión, ya que la penetración de la
capa desierta hacia el interior del canal no varía sustancialmente de su valor
inicial. Sin embargo, a medida que aumenta la tensión aumenta también la
polarización inversa, la capa desierta profundiza en el canal y la conductancia
de éste disminuye. El ritmo de incremento de corriente resulta, en
consecuencia, menor y llega un momento en que el canal se ha hecho tan estrecho
en las proximidades del sumidero que un incremento de Vds apenas tiene efecto
sobre la corriente de sumidero. Entonces se dice que el transistor está
trabajando en la zona de estricción (pinch-off), nombre cuyo origen se
evidencia en la figura anterior, llamándose tensión de estricción Vp a la del punto de transición entre el
comportamiento casi lineal y el casi saturado.
Si a la puerta se le aplica una polarización negativa estacionaria, la capa
desierta penetra más en el interior que con la polarización nula; por tanto,
para pasar a la zona de estricción se necesita menos tensión de sumidero. El
aumentar la polarización negativa permite tener la transición a la zona de
estricción a corrientes de sumidero aún inferiores.
El funcionamiento del FET se basa en la capacidad de control de la
conductancia del canal por parte de la tensión de puerta y, como la unión
puerta-canal se encuentra siempre polarizada inversamente, el FET es por
esencia un elemento de alta impedancia de entrada.
La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la corriente de
puerta es nula, con lo que podemos escribir:
En la zona de estricción (saturación) en que las características son casi
rectas (en el gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente
positiva) podemos escribir la respuesta del transistor para pequeños
incrementos de Vds y Vgs en esta forma.
El parámetro rd se llama resistencia
diferencial del sumidero del FET, y es la inversa de la pendiente de la curva.
En el gráfico, dicha pendiente es cero (en la realidad, como he dicho antes
existe algo de pendiente), entonces la rd es infinita (muy grande).
El parámetro gm se le denomina
conductancia mutua o transconductancia, y es igual a la separación vertical
entre las características que corresponden a diferencias de valor de Vgs de 1 voltio.
