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5.2: El transistor de efecto de campo de unión (JFET) como interruptor

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    Al igual que su primo bipolar, el transistor de efecto de campo puede usarse como un interruptor de encendido/apagado que controla la energía eléctrica a una carga. Comencemos nuestra investigación del JFET como un interruptor con nuestro circuito familiar de interruptor/lámpara:

    03074.png

    Recordando que la corriente controlada en un JFET fluye entre la fuente y el drenaje, sustituimos las conexiones de fuente y drenaje de un JFET por los dos extremos del interruptor en el circuito anterior:

    03151.png

    Si no se ha dado cuenta a estas alturas, las conexiones de origen y drenaje en un JFET se ven idénticas en el símbolo esquemático. A diferencia del transistor de unión bipolar donde el emisor se distingue claramente del colector por la punta de flecha, la fuente de un JFET y las líneas de drenaje corren perpendiculares a la barra que representa el canal semiconductor. Esto no es casualidad, ya que las líneas de fuente y drenaje de un JFET a menudo son intercambiables en la práctica. En otras palabras, los JFET suelen ser capaces de manejar la corriente del canal en cualquier dirección, de fuente a drenaje o de drenaje a fuente.

    Ahora, todo lo que necesitamos en el circuito es una forma de controlar la conducción del JFET. Con cero voltaje aplicado entre la puerta y la fuente, el canal del JFET estará “abierto”, permitiendo la corriente completa a la lámpara. Para apagar la lámpara, necesitaremos conectar otra fuente de voltaje CC entre las conexiones de puerta y fuente del JFET así:

    03152.png

    Cerrar este interruptor “pellizcará” el canal del JFET, forzándolo así a cortarlo y apagando la lámpara:

    03153.png

    Tenga en cuenta que no hay corriente que atraviese la puerta. Como unión PN con polarización inversa, se opone firmemente al flujo de cualquier electrón a través de ella. Como dispositivo controlado por voltaje, el JFET requiere una corriente de entrada insignificante. Este es un rasgo ventajoso del JFET sobre el transistor bipolar: hay virtualmente cero potencia requerida de la señal de control.

    Al abrir nuevamente el interruptor de control, se debe desconectar el voltaje de CC de polarización inversa de la puerta, permitiendo así que el transistor se vuelva a encender. Idealmente, de todos modos, así es como funciona. En la práctica esto puede no funcionar en absoluto:

    03154.png

    ¿Por qué es esto? ¿Por qué el canal del JFET no se abre de nuevo y permite que la corriente de la lámpara pase como lo hacía antes sin tensión aplicada entre la puerta y la fuente? La respuesta radica en el funcionamiento de la unión puerta-fuente con polarización inversa. La región de agotamiento dentro de esa unión actúa como una barrera aislante que separa la puerta de la fuente. Como tal, posee una cierta cantidad de capacitancia capaz de almacenar un potencial de carga eléctrica. Después de que esta unión haya sido polarizada a la fuerza por la aplicación de una tensión externa, tenderá a mantener esa tensión de polarización inversa como una carga almacenada incluso después de que se haya desconectado la fuente de ese voltaje. Lo que se necesita para volver a encender el JFET es purgar esa carga almacenada entre la puerta y la fuente a través de una resistencia:

    03155.png

    El valor de esta resistencia no es muy importante. La capacitancia de la unión puerta-fuente del JFET es muy pequeña, por lo que incluso una resistencia de sangrado de alto valor crea una constante de tiempo RC rápida, permitiendo que el transistor reanude la conducción con poco retraso una vez que se abre el interruptor.

    Al igual que el transistor bipolar, poco importa de dónde o de qué proviene el voltaje de control. Podríamos usar una célula solar, termopar o cualquier otro tipo de dispositivo generador de voltaje para suministrar el voltaje que controla la conducción del JFET. Todo lo que se requiere de una fuente de voltaje para el funcionamiento del interruptor JFET es suficiente voltaje para lograr el pellizco del canal JFET. Este nivel suele estar en el reino de unos pocos voltios de CC, y se llama voltaje de corte o de pellizco. El voltaje exacto de pellizco para cualquier JFET dado es una función de su diseño único, y no es una cifra universal como 0.7 voltios es para un voltaje de unión base-emisor de BJT de silicio.

    Revisar

    • Los transistores de efecto de campo controlan la corriente entre las conexiones de fuente y drenaje mediante un voltaje aplicado entre la puerta y la fuente. En un transistor de efecto de campo de unión (JFET), hay una unión PN entre la puerta y la fuente que normalmente está polarizada hacia atrás para el control de la corriente fuente-drenaje.
    • Los JFET son dispositivos normalmente encendidos (normalmente saturados). La aplicación de un voltaje de polarización inversa entre la puerta y la fuente hace que la región de agotamiento de esa unión se expanda, “pellizcando” el canal entre la fuente y el drenaje a través del cual viaja la corriente controlada.
    • Puede ser necesario conectar una resistencia de “sangrado” entre la puerta y la fuente para descargar la carga almacenada construida a través de la capacitancia natural de la unión cuando se elimina el voltaje de control. De lo contrario, puede quedar una carga para mantener el JFET en modo de corte incluso después de que se haya desconectado la fuente de voltaje.

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