Este artículo: Ecuación Corriente FET | Uso y Cálculo analiza una de las fórmulas más importantes de la física. Descubre con nosotros las leyes principales de esta fórmula.
Introducción a la Ecuación Corriente FET
El Transistor de Efecto de Campo (FET, por sus siglas en inglés «Field Effect Transistor») es un componente electrónico crucial en el diseño de circuitos. Su funcionamiento se basa en controlar el flujo de corriente mediante un campo eléctrico, y la ecuación que describe este fenómeno es fundamental para los ingenieros y técnicos electrónicos. Aquí, exploraremos cómo se usa y se calcula la ecuación corriente de un FET.
Conceptos Básicos del FET
Antes de profundizar en la ecuación de corriente, es esencial entender algunos conceptos básicos sobre los FET. Existen dos tipos principales: el JFET (Transistor de Efecto de Campo de Unión) y el MOSFET (Transistor de Efecto de Campo de Óxido Metálico-Semiconductor), cada uno con sus variaciones de canal N y P. La corriente principal en un FET fluye a través del canal entre el drenador y la fuente, mientras que la tensión aplicada a la compuerta controla esa corriente.
Ecuación Corriente para JFET
En el caso de los JFET, la ecuación de corriente que describe el comportamiento en la región óhmica (lineal) se puede expresar como:
I_D = I_{DSS} (1 - \frac{V_{GS}}{V_P})^2
Donde:
I_Des la corriente de drenador.I_{DSS}es la corriente máxima de drenaje cuando la tensión VGS (tensión entre compuerta y fuente) es cero.V_{GS}es la tensión entre la compuerta y la fuente.V_Pes la tensión de pellizco o pinch-off, cuando la corriente a través del canal se detiene completamente.
Esa ecuación muestra cómo la corriente de drenaje disminuye con un aumento de la tensión VGS negativa, hasta que se alcanza la tensión de pellizco y la corriente se corta.
Ecuación Corriente para MOSFET
Los MOSFET, por otro lado, tienen una ecuación de corriente más compleja debido a sus diferentes modos de operación. En la región de saturación, la ecuación puede escribirse como:
I_D = \frac{1}{2} k_n' (\frac{W}{L})(V_{GS} - V_{th})^2 (1 + \lambda V_{DS})
Donde:
I_Des la corriente de drenaje.k_n'es la constante de proceso del transistor.WyLson el ancho y el largo del canal del MOSFET, respectivamente.V_{GS}es la tensión entre compuerta y fuente.V_{th}es la tensión umbral del MOSFET, la tensión mínima necesaria entre la compuerta y la fuente para que el transistor comience a conducir.\lambdaes el coeficiente de modulación de longitud de canal, que toma en cuenta el efecto de modulación de longitud del canal debido a la tensión VDS (tensión entre drenaje y fuente).
Esta ecuación modela el comportamiento del dispositivo en la región de saturación, donde la corriente de drenador es constante y no depende de VDS, a menos que el coeficiente \(\lambda\) sea considerable.
Uso de la Ecuación Corriente FET en Diseño Electrónico
El conocimiento de la ecuación de corriente del FET es indispensable para el diseño y análisis de circuitos electrónicos. Según la aplicación, la ecuación de corriente se utiliza para:
- Determinar los puntos de operación de los transistores.
- Calcular las corrientes y tensiones en diversas partes del circuito.
- Esbozar la característica de transferencia y de salida del transistor.
- Dimensionar adecuadamente los componentes para satisfacer los requisitos de funcionamiento.
- Predictar el comportamiento del transistor ante cambios de tensión de compuerta.
Cálculo Práctico y Simulación
Los cálculos utilizando las ecuaciones anteriores pueden llevarse a cabo manualmente para circuitos relativamente simples, pero en circuitos más complejos o con parámetros no ideales, se suelen utilizar herramientas de simulación como SPICE. Estas herramientas permiten a los diseñadores modelar y simular el comportamiento del FET dentro de un circuito, con diversos valores de tensión y temperatura, ofreciendo una predicción precisa de su funcionamiento real.
Conclusión
Entender la ecuación corriente FET y cómo utilizarla adecuadamente es esencial para cualquier persona involucrada en el diseño y análisis de circuitos electrónicos. Esta ecuación no solo describe la relación entre corriente y tensión para diferentes condiciones de operación, sino que también es la piedra angular para el diseño óptimo y la comprensión del funcionamiento profundo de los FET en las aplicaciones modernas de la electrónica.
