FET

Un transistor de efecto de campo es un dispositivo semiconductor de tres terminales que utiliza un campo eléctrico para controlar el flujo de corriente a través de un canal conductor. A diferencia de los transistores bipolares, que se controlan por corriente, los FET conmutan y amplifican aplicando voltaje al terminal de puerta, lo que modula la conductividad entre los terminales de fuente y drenaje. Este comportamiento controlado por voltaje hace que los FET sean útiles para la detección de señales de alta impedancia y aplicaciones de conmutación donde el consumo de corriente de puerta debe ser mínimo.

Existen dos familias principales: JFET (FET de unión) y MOSFET (FET de óxido metálico-semiconductor). Los JFET utilizan una unión pn polarizada inversamente como puerta y fueron los primeros en desarrollarse; son dispositivos de modo de agotamiento, lo que significa que la corriente fluye en el estado apagado. Los MOSFET, que dominan la electrónica moderna, utilizan una puerta aislada separada por una fina capa de óxido. Los MOSFET vienen en variantes de modo de mejora (normalmente apagado) y de modo de agotamiento, con polaridades de canal n y canal p disponibles. Los MOSFET de potencia operan a voltajes y corrientes más altos que sus contrapartes de nivel de señal, con una resistencia de encendido medida en miliohmios.

Por qué los FET son importantes en los circuitos industriales

En aplicaciones de conmutación, los FET ofrecen baja resistencia de encendido (especialmente los FET de potencia), velocidades de conmutación rápidas y no tienen carga de recuperación inversa como los dispositivos bipolares. Esto los hace ideales para convertidores CC-CC, controladores de motor y fuentes de alimentación. Como amplificadores, los FET proporcionan una impedancia de entrada muy alta (rango de gigaohmios para MOSFET), lo cual es esencial en instrumentación y acondicionamiento de sensores donde la impedancia de la fuente es alta o se debe evitar la carga. El parámetro de transconductancia (gm) especifica la ganancia en la amplificación de pequeña señal.

Los modos de falla incluyen la ruptura del óxido de la puerta en los MOSFET por sobrevoltaje o descarga electrostática, la deriva del voltaje umbral con la temperatura (más pronunciada en los JFET) y el embalamiento térmico en los FET de potencia si no se disipan adecuadamente. La conducción del diodo de cuerpo en los MOSFET durante la polarización inversa debe tenerse en cuenta en los circuitos de conmutación. La carga de puerta (Qg) y el tiempo de conmutación son críticos en aplicaciones de potencia de alta frecuencia; a menudo se requieren controladores de puerta para suministrar la corriente necesaria para cargar y descargar rápidamente la capacitancia de la puerta.

El nombre refleja el funcionamiento del dispositivo: un campo eléctrico, creado por el voltaje aplicado a la puerta, modula o agota la población de portadores en el canal, controlando así el flujo de corriente. Esto es fundamentalmente diferente del control de corriente de base en los transistores bipolares. En la automatización industrial, los FET se encuentran en relés de estado sólido, controladores PWM, multiplexores analógicos y cualquier aplicación que requiera un interruptor o amplificador controlado por voltaje con una corriente de entrada mínima.