¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Descubre la respuesta a una pregunta intrigante en el mundo de la electrónica: ¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET? En este artículo, desentrañaremos el misterio detrás de este componente esencial y te proporcionaremos todas las respuestas que necesitas. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de los JFET y saber más sobre su funcionamiento!

El voltaje de pinzamiento es un parámetro fundamental en el funcionamiento de los transistores de efecto de campo de unión (JFET) que desempeña un papel crucial en el control del flujo de corriente a través del dispositivo. Comprender el concepto de tensión de pinzamiento es esencial para los ingenieros y entusiastas de la electrónica que trabajan con JFET.

En este artículo, exploraremos en detalle qué es el voltaje de pinzamiento, cómo se determina, su importancia en el funcionamiento del JFET y las implicaciones que tiene en el diseño y análisis de circuitos. Al comprender el concepto de voltaje de pellizco, los lectores obtendrán una comprensión más profunda del comportamiento y las características de los JFET.

Contenido

Definición y guía de JFET:

Historia

El JFET fue inventado por Julius Edgar Lilienfeld en 1925, aunque no fue hasta la década de 1960 que adquirió importancia práctica. Tras el trabajo inicial de Lilienfeld, otros científicos e ingenieros desarrollaron y refinaron aún más el diseño del JFET, lo que llevó a su uso generalizado en diversas aplicaciones electrónicas. [1].

Estructura

Un JFET consta de tres componentes principales: el canal, la fuente y el drenaje. Estos componentes se crean utilizando un material semiconductor como el silicio o el arseniuro de galio. El canal sirve como vía para el flujo de corriente, mientras que la fuente y el drenaje actúan como terminales de entrada y salida, respectivamente.

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Funciones

El JFET funciona según el principio de control de campo eléctrico. Al aplicar un voltaje al terminal de la puerta, se altera el campo eléctrico entre la puerta y el canal, lo que afecta el flujo de corriente a través del canal. El JFET puede funcionar como un dispositivo de canal n o de canal p, dependiendo del dopaje del material semiconductor.

Símbolos esquemáticos

Para representar un JFET en circuitos electrónicos, se utilizan símbolos esquemáticos específicos. El símbolo de un JFET de canal n se asemeja a una flecha que apunta hacia adentro, mientras que el símbolo de un JFET de canal p se asemeja a una flecha que apunta hacia afuera. Estos símbolos son esenciales para que los diseñadores de circuitos representen con precisión los JFET en sus diagramas de circuitos.

Comparación con otros transistores

Los JFET se diferencian de otros tipos de transistores, como los transistores de unión bipolar (BJT) y los transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET). Mientras que los BJT son dispositivos controlados por corriente y los MOSFET son dispositivos controlados por voltaje, los JFET funcionan basándose en el control de campos eléctricos. Los JFET suelen tener una alta impedancia de entrada, poco ruido y excelentes características de alta frecuencia, lo que los hace adecuados para aplicaciones específicas.

Modelo matemático

El comportamiento de los JFET se puede modelar matemáticamente para comprender su funcionamiento con mayor precisión. El modelo más utilizado es el modelo de ley cuadrática, que describe la relación entre el voltaje de entrada (Vgs) y la corriente de drenaje (Ids). Este modelo supone que la corriente de drenaje es proporcional al cuadrado del voltaje de entrada. [2].

Región óhmica lineal

En la región óhmica lineal, el JFET opera como una resistencia variable, lo que permite que la corriente fluya con relativa libertad a través del canal. En esta región, la corriente de drenaje es directamente proporcional al voltaje de puerta a fuente y el JFET actúa como una resistencia controlada por voltaje.

Región de corriente constante

Más allá de la región óhmica lineal, el JFET ingresa a la región de corriente constante. Aquí, la corriente de drenaje permanece relativamente constante, independientemente de los cambios en el voltaje de la puerta a la fuente. Esta región es particularmente útil para aplicaciones que requieren una fuente de corriente estable.

Transconductancia

La transconductancia (gm) es un parámetro crucial que mide el cambio en la corriente de drenaje con respecto a los cambios en el voltaje de puerta a fuente. Indica la capacidad de amplificación del JFET y determina su rendimiento en diversas aplicaciones. Cuanto mayor sea la transconductancia, mayor será el potencial de amplificación.

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Cómo funciona un JFET:

Características de salida

Las características de salida de un JFET ilustran la relación entre la corriente de drenaje (ID) y el voltaje de fuente de drenaje (VDS). Estas características nos ayudan a comprender cómo se comporta el JFET en diferentes condiciones operativas. La curva de salida normalmente muestra una región lineal seguida de una región de saturación.

Características de transconductancia

La transconductancia (gm) es un parámetro crucial que define la capacidad de amplificación de un JFET. Mide el cambio en la corriente de drenaje (ID) con respecto al cambio en el voltaje puerta-fuente (VGS). Las características de transconductancia muestran cómo responde el JFET a diferentes voltajes de entrada, lo que indica su potencial de amplificación.

Operación

El funcionamiento de un JFET se basa en el control del campo eléctrico dentro de la región del canal. Cuando se aplica un voltaje a la unión puerta-fuente, se modifica el ancho de la región de agotamiento, alterando el flujo de corriente a través del canal. Este mecanismo de control permite que el JFET actúe como un dispositivo controlado por voltaje.

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Transistor controlado por voltaje

Al JFET a menudo se le conoce como transistor controlado por voltaje debido a su comportamiento. A diferencia del transistor de unión bipolar (BJT), que es un dispositivo controlado por corriente, el JFET depende del voltaje aplicado al terminal puerta-fuente para regular el flujo de corriente. Esta propiedad hace que el JFET sea adecuado para aplicaciones específicas donde se desea control de voltaje.

Acerca del voltaje de pellizco

El voltaje de pinzamiento (VP) es un parámetro crítico en el funcionamiento del JFET. Se refiere al voltaje puerta-fuente al cual la conducción del canal se reduce significativamente, restringiendo el flujo de corriente. A este voltaje, la región de agotamiento se expande y el canal se vuelve más estrecho, lo que provoca que se corte el camino de la corriente. El voltaje de pinzamiento es un parámetro importante a considerar en el diseño y análisis de circuitos de JFET.

Operación debajo de “Pinch-Off”

Cuando se opera un JFET por debajo de la región de pinzamiento, el voltaje de la fuente de puerta es menor que el voltaje de pinzamiento (VGS < VP). En esta región, el canal está abierto y el JFET actúa como una resistencia variable. La corriente de drenaje es directamente proporcional al voltaje de la puerta-fuente y el JFET exhibe un comportamiento de resistencia controlado por voltaje. Esta región es útil para aplicaciones que requieren amplificación de voltaje o resistencia variable.

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Operación por encima del “pellizco”

Operar un JFET por encima de la región de pinzamiento implica aplicar un voltaje de fuente de compuerta más alto que el voltaje de pinzamiento (VGS > VP). En esta región, el canal queda pellizcado y el JFET actúa como un dispositivo de corriente constante. La corriente de drenaje permanece relativamente constante, independientemente de los cambios en el voltaje de la fuente de drenaje (VDS). Esta región es adecuada para aplicaciones que requieren una fuente de corriente estable.

¿Cómo se calcula el voltaje de pellizco?

El voltaje de pellizco, también conocido como voltaje de corte, para un transistor es el voltaje al cual el dispositivo deja de conducir corriente. El método para calcular el voltaje de pinzamiento depende del tipo de transistor.

Para un transistor de efecto de campo de unión (JFET), el voltaje de pinzamiento se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Vp = -IDSS / (2 x IDOFF x [1 – (VP/VP0)^1/2 ])

Donde Vp es el voltaje de pinzamiento, IDSS es la corriente de saturación, IDOFF es la corriente de drenaje con la puerta en cortocircuito con la fuente, VP0 es el voltaje de pinzamiento de polarización cero y ^1/2 indica la función de raíz cuadrada. [3].

Para un transistor de efecto de campo semiconductor metálico (MESFET), el voltaje de pinzamiento se puede calcular usando la siguiente fórmula:

VP = Eb – (VT + 2Φf)/g

Donde VP es el voltaje de pinzamiento, Eb es la energía de barrera para la puerta, VT es el voltaje térmico, Φf es la barrera Schottky y g es la transconductancia.

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

Vale la pena señalar que estas fórmulas son sólo un punto de partida. El voltaje de pellizco real dependerá de varios factores, incluidas las características físicas del transistor y las condiciones de funcionamiento específicas.

¿Cuál es el voltaje de pellizco para un JFET?

El voltaje de pinzamiento para un transistor de efecto de campo de unión (JFET) es el voltaje de drenaje a fuente en el cual la corriente de drenaje se vuelve casi constante y el transistor ingresa a la región de pinzamiento.

En otras palabras, es el voltaje al que se corta el canal entre la fuente y el drenaje, haciéndolo casi constante, y el transistor se apaga. El valor real del voltaje de pinzamiento depende de las características específicas y las condiciones de funcionamiento del JFET.

Se puede calcular mediante la fórmula Vp = -IDSS / (2 x IDOFF x [1 – (VP/VP0)^1/2 ]), donde Vp es el voltaje de pinzamiento, IDSS es la corriente de saturación, IDOFF es la corriente de drenaje con la puerta en cortocircuito con la fuente, VP0 es el voltaje de pinzamiento de polarización cero y ^1/2 indica la raíz cuadrada. función [4].

¿Cuál es el voltaje de pellizco de un JFET?

PREGUNTAS MÁS FRECUENTES:

1. ¿Cómo se determina el voltaje de pinzamiento de un JFET?

El voltaje de pinzamiento (VP) para un JFET generalmente se determina durante el proceso de fabricación. Está influenciado por la concentración de dopaje y las dimensiones físicas de la región del canal del JFET. Los valores específicos de VP están determinados por el material semiconductor y los parámetros de fabricación utilizados en la producción de JFET.

2. ¿Cuál es la fórmula para el voltaje de pinzamiento del FET?

La fórmula para el voltaje de pinzamiento de un JFET generalmente no es una ecuación matemática simple. Se determina principalmente durante el proceso de fabricación del dispositivo y está influenciado por varios factores, como la concentración de dopaje, las dimensiones del canal y los parámetros de fabricación. Por lo tanto, no existe una fórmula específica para calcular el voltaje de pinzamiento.

3. ¿Cuál es la diferencia entre el voltaje de pinzamiento y el voltaje de corte en JFET?

En los JFET, el voltaje de pinzamiento (VP) se refiere al voltaje de la puerta-fuente en el que la conducción del canal se reduce significativamente, lo que lleva a un flujo de corriente restringido. Representa el nivel de voltaje al que el JFET ingresa a la región de corriente constante [5].

Por otro lado, el voltaje de corte (VGS (apagado)) se refiere al voltaje de la fuente de la puerta en el que la corriente de drenaje es efectivamente cero y el JFET está apagado. Si bien ambos voltajes tienen implicaciones diferentes, ambos se relacionan con el control del flujo de corriente en el JFET.

4. ¿Cuál es el efecto del voltaje de pellizco?

El voltaje de pinzamiento es un parámetro crucial en el funcionamiento del JFET, ya que determina el punto en el que la conducción del canal se reduce significativamente. Afecta el comportamiento general del JFET al definir la transición entre la región óhmica lineal y la región de corriente constante. El voltaje de pinzamiento ayuda a regular el flujo de corriente a través del canal y permite una resistencia controlada por voltaje o una operación de corriente constante.

5. ¿Cuál es la diferencia entre JFET y MOSFET?

La principal diferencia entre los JFET y los transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET) radica en su construcción y funcionamiento. Los JFET suelen estar hechos de un material semiconductor dopado y son dispositivos controlados por voltaje. Tienen una estructura simple con un solo canal y operan en una configuración de canal n o de canal p.

Por el contrario, los MOSFET utilizan una estructura de puerta aislada, con una capa de óxido metálico que actúa como dieléctrico de puerta. Los MOSFET también son dispositivos controlados por voltaje, pero ofrecen una mayor versatilidad y se utilizan ampliamente en circuitos integrados modernos.

6. ¿Por qué se controla el voltaje FET?

Los FET, incluidos los JFET y los MOSFET, son dispositivos controlados por voltaje porque sus características de salida y su comportamiento dependen del voltaje aplicado al terminal de la puerta. Al ajustar el voltaje de la puerta, se altera el campo eléctrico en la región del canal, lo que provoca cambios en la conductividad y el flujo de corriente. Este comportamiento controlado por voltaje permite un control y una modulación precisos de la corriente de salida.

7. ¿Por qué se controla el voltaje JFET?

Al igual que otros FET, los JFET son dispositivos controlados por voltaje porque su funcionamiento se basa principalmente en el voltaje aplicado al terminal de la puerta. El voltaje en la puerta modula el campo eléctrico dentro del canal, influyendo en la resistencia del canal y controlando el flujo de corriente. Este comportamiento controlado por voltaje hace que los JFET sean adecuados para aplicaciones que requieren amplificación y control de voltaje precisos.

8. ¿Qué es VP en JFET?

VP, también conocido como voltaje de pinzamiento, se refiere al voltaje de fuente de puerta al cual la conducción del canal en un JFET se reduce significativamente. Representa el nivel de voltaje al que el JFET ingresa a la región de corriente constante. VP determina el punto en el que el canal se corta efectivamente, restringiendo el flujo de corriente a través del dispositivo.

9. ¿Por qué el voltaje de pellizco es negativo?

El voltaje de pinzamiento en los JFET suele ser negativo debido a la configuración del canal n o del canal p del dispositivo. En un JFET de canal n, el voltaje de pinzamiento es negativo con respecto al terminal fuente. En un JFET de canal p, el voltaje de pinzamiento es positivo con respecto al terminal fuente. La polaridad del voltaje de pinzamiento está determinada por el dopaje del material semiconductor utilizado en el JFET.

10. ¿Qué es VGS en un JFET?

VGS se refiere al voltaje puerta-fuente en un JFET. Representa la diferencia de voltaje entre los terminales de puerta y fuente. El VGS determina el campo eléctrico en la región del canal, controlando así el flujo de corriente a través del JFET.

11. ¿Tiene JFET una ganancia de alto voltaje?

Los JFET suelen ser conocidos por su alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, lo que los hace adecuados para aplicaciones de amplificación de voltaje. Sin embargo, los JFET por sí solos no ofrecen una ganancia de alto voltaje en comparación con otros dispositivos de amplificación. Para lograr una mayor ganancia de voltaje, se pueden emplear etapas o configuraciones de amplificación adicionales, como configuraciones de amplificador en cascodo o de fuente común, utilizando JFET.

12. ¿Por qué utilizar FET en lugar de BJT?

Los FET, incluidos los JFET y MOSFET, ofrecen ciertas ventajas sobre los transistores de unión bipolar (BJT). Los FET tienen una impedancia de entrada más alta, lo que reduce los efectos de carga en los circuitos de entrada. También tienen una velocidad de conmutación más rápida, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.

Además, los FET funcionan con un menor consumo de energía y presentan menos ruido en comparación con los BJT. Sin embargo, los BJT suelen preferirse en aplicaciones de baja tensión y alta corriente y cuando se requiere un control de corriente preciso.

13. ¿Cuáles son los dos tipos de JFET?

Los JFET se pueden clasificar en dos tipos según el dopaje de la región del canal: JFET de canal n y JFET de canal p. En un JFET de canal n, la región del canal está dopada con una impureza donante, lo que da como resultado un exceso de electrones libres. En un JFET de canal p, la región del canal está dopada con una impureza aceptora, lo que crea una deficiencia de electrones libres y un exceso de huecos.

14. ¿Quién inventó JFET?

El JFET fue inventado inicialmente por Julius Edgar Lilienfeld en 1925. Sin embargo, las patentes y el trabajo originales de Lilienfeld no adquirieron importancia práctica en ese momento. El desarrollo y perfeccionamiento posterior del JFET por parte de otros científicos e ingenieros, incluido William Shockley, llevaron a su implementación práctica en aplicaciones electrónicas.

15. ¿Qué causa el voltaje de pellizco?

El voltaje de pinzamiento en un JFET es causado por el control del ancho de la región de agotamiento dentro de la región del canal. Cuando el voltaje puerta-fuente alcanza un cierto nivel, la región de agotamiento se expande, reduciendo efectivamente el ancho del canal y restringiendo el flujo de corriente. Este fenómeno conduce al efecto de pinzamiento y define el voltaje de pinzamiento del JFET.

16. ¿Qué MOSFET está normalmente apagado?

Los MOSFET en modo de mejora normalmente son dispositivos apagados. En los MOSFET en modo mejorado, no existe ningún canal entre los terminales de fuente y drenaje sin la aplicación de voltaje en el terminal de puerta. Requieren un voltaje positivo entre puerta y fuente para crear un canal conductor y permitir el flujo de corriente.

17. ¿Qué es el voltaje umbral y el voltaje de pellizco?

El voltaje umbral (Vth) y el voltaje de pinzamiento (VP) son parámetros relacionados pero distintos en los FET. El voltaje umbral se refiere al voltaje puerta-fuente al que el FET comienza a conducir. Representa el nivel de voltaje en el que el FET pasa del estado apagado al estado encendido.

Por otro lado, el voltaje de pinzamiento representa el voltaje puerta-fuente en el cual la conducción del canal se reduce significativamente, lo que lleva a un flujo de corriente restringido. Define el punto en el que el FET ingresa a la región de corriente constante.

18. ¿Cuáles son las características de JFET?

Algunas características clave de los JFET incluyen:

  • Alta impedancia de entrada: Los JFET ofrecen una alta impedancia de entrada, lo que los hace adecuados para circuitos que requieren efectos de carga mínimos en las señales de entrada;

  • Ruido bajo: Los JFET exhiben características de bajo ruido, lo que los hace ventajosos en circuitos amplificadores de bajo ruido;
  • Estructura simple: Los JFET tienen una estructura relativamente simple, que consta de un único canal y tres terminales (fuente, compuerta y drenaje);
  • Dispositivo controlado por voltaje: Los JFET son dispositivos controlados por voltaje que dependen del voltaje aplicado al terminal de la puerta para regular el flujo de corriente;
  • Adecuado para aplicaciones de alta impedancia: Debido a su alta impedancia de entrada, los JFET se usan comúnmente en circuitos que requieren etapas de entrada de alta impedancia;

19. ¿Cómo funciona JFET como amplificador?

Los JFET pueden funcionar como amplificadores utilizando su comportamiento de resistencia controlado por voltaje. En una configuración de fuente común, un pequeño voltaje de entrada aplicado en el terminal de compuerta puede controlar la corriente que fluye a través del canal, lo que resulta en un voltaje de salida amplificado en el terminal de drenaje. Al ajustar el voltaje puerta-fuente, el JFET puede modular la señal de salida y proporcionar amplificación.

20. ¿Cuál es la diferencia entre JFET y BJT?

Las principales diferencias entre JFET y BJT incluyen:

  • Mecanismo de control: Los JFET son dispositivos controlados por voltaje, mientras que los BJT son dispositivos controlados por corriente;
  • Impedancia de entrada: Los JFET ofrecen una mayor impedancia de entrada en comparación con los BJT, lo que puede reducir los efectos de carga en los circuitos de entrada;
  • Impedancia de salida: Los BJT suelen tener una impedancia de salida más baja en comparación con los JFET;
  • Tipos de amplificación: Los JFET se utilizan principalmente para amplificación de voltaje, mientras que los BJT se emplean comúnmente para amplificación de corriente;
  • Polaridad: Los JFET pueden tener configuraciones de canal n o de canal p, mientras que los BJT están disponibles en configuraciones NPN o PNP;

21. ¿Cuál es el modo de agotamiento de JFET?

El modo de agotamiento de un JFET se refiere a la condición en la que el canal ya está establecido incluso con voltaje aplicado cero en el terminal de la puerta. En este modo, el canal está presente en ausencia de un voltaje de fuente de puerta externa y el JFET está en estado «encendido» de forma predeterminada. Los JFET en modo de agotamiento se utilizan con menos frecuencia en comparación con los JFET en modo de mejora más frecuentes.

Vídeo útil: JFET: explicación de la construcción y el funcionamiento

Referencias

  1. https://learnabout-electronics.org/Semiconductors/fet_02a.php

  2. https://www.etechnog.com/2022/01/what-is-pinch-off-voltage-explained.html
  3. https://electrotopic.com/what-is-the-pinch-off-voltage-for-a-jfet/
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/JFET
  5. https://www.ee.columbia.edu/~bbathula/courses/SSDT/lect11.pdf
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