¿Cuáles son las configuraciones de un transistor FET?

Al diseñar circuitos que utilizan transistores de efecto de campo, existen varias configuraciones de circuitos y, de hecho, éstas reflejan aquellas utilizadas con transistores bipolares y los antiguos tubos de vacío/válvulas termoiónicas.

Las configuraciones de circuitos FET son los formatos de fuente común, compuerta común y drenaje común. Cada uno tiene sus propias características de ganancia de voltaje y corriente, así como impedancia de entrada y salida. La elección de la configuración o topología del circuito FET es uno de los parámetros de diseño clave en los que se basa el diseño general del circuito

Conceptos básicos de configuración de FET

La terminología utilizada para designar las tres configuraciones básicas de FET indica el electrodo de FET que es común a los circuitos de entrada y salida. Esto da lugar a los tres términos: compuerta común, drenaje común y fuente común.

Hay tres configuraciones diferentes, cada una con características diferentes. Las veremos por turno: fuente común, drenaje común, compuerta común:

Ø  Fuente común

Esta configuración de FET es probablemente la más utilizada. El circuito de fuente común proporciona niveles de impedancia de entrada y salida medios. Tanto la ganancia de corriente como la de voltaje pueden describirse como medias, pero la salida es la inversa de la entrada, es decir, un cambio de fase de 180°. Esto proporciona un buen rendimiento general y, como tal, a menudo se considera la configuración más utilizada. 

Circuito amplificador de fuente común típico

El circuito a continuación muestra un amplificador de fuente común típico con los capacitores de polarización, acoplamiento y derivación incluidos.

La señal de entrada ingresa a través de C1. Este capacitor garantiza que la compuerta no se vea afectada por ningún voltaje de CC proveniente de las etapas anteriores. La resistencia R1 mantiene la compuerta en el potencial de tierra, su valor podría ser típicamente de alrededor de 1 MΩ. La resistencia R2 desarrolla un voltaje a través de ella que mantiene la fuente por encima del potencial de tierra. C2 actúa como un capacitor de derivación para proporcionar ganancia adicional en CA. La resistencia R3 desarrolla el voltaje de salida a través de ella, y C3 acopla la CA a la siguiente etapa mientras bloquea la CC.

Ø  Drenaje común

Esta configuración de FET también se conoce como seguidor de fuente. La razón es que el voltaje de la fuente sigue al de la compuerta. Al ofrecer una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, se utiliza ampliamente como buffer. La ganancia de voltaje es la unidad, aunque la ganancia de corriente es alta. Las señales de entrada y salida están en fase.

Circuito de seguimiento/búfer de fuente

La implementación típica del circuito seguidor/buffer de fuente o drenaje común es muy fácil de realizar de manera práctica.

El circuito que se muestra a continuación ofrece un ejemplo típico de un circuito de seguimiento/búfer de fuente FET. Los condensadores C1 y C2 se utilizan para acoplar la señal de CA entre etapas y bloquear los elementos de CC. La resistencia R1 proporciona la polarización de la compuerta, manteniendo la compuerta en potencial de tierra. El circuito de fuente muestra la resistencia R2 a tierra: su valor está determinado por la corriente de canal que se requiere.

El circuito seguidor de fuente presenta una impedancia muy alta respecto a la etapa precedente y es por esta razón que el seguidor de fuente es un formato ideal para usar como buffer.

Ø  Puerta común

Esta configuración de transistor proporciona una impedancia de entrada baja al tiempo que ofrece una impedancia de salida alta.

Aunque el voltaje es alto, la ganancia de corriente es baja y la ganancia de potencia general también es baja en comparación con otras configuraciones de circuitos FET disponibles.

La otra característica destacada de esta configuración es que la entrada y la salida están en fase.

Aplicaciones de puerta común FET

El circuito de compuerta común del FET no se utiliza tanto como otras configuraciones de FET, ya que suele ofrecer muy pocas ventajas sobre otras configuraciones. Hay algunas áreas en las que resulta muy útil.

Amplificadores de RF :   La configuración de circuito de compuerta común o compuerta conectada a tierra se utiliza para amplificadores de RF VHF y UHF donde la baja impedancia de entrada permite una adaptación precisa a la impedancia del alimentador, que normalmente es de 50 Ω o 75 Ω. La configuración también mejora la estabilidad, que es un tema clave. La compuerta, al estar conectada a tierra, proporciona aislamiento entre la entrada y la salida, lo que reduce considerablemente la posibilidad de retroalimentación.

Amplificadores de micrófono:   La configuración del circuito de compuerta común se utiliza en amplificadores que requieren niveles bajos de impedancia de entrada. Una aplicación es para preamplificadores de micrófonos de bobina móvil: estos micrófonos tienen niveles de impedancia muy bajos.

Tabla resumen de configuración del circuito FET

Es importante comprender las características clave de cada configuración, ya que estas permiten seleccionar la configuración correcta para el diseño de circuito particular. La siguiente tabla ofrece un resumen de las principales propiedades de las diferentes configuraciones de circuitos FET.

Tabla de resumen de configuración de FET
Configuración de FET	Puerta común	Drenaje común (Seguidor de la fuente)	Fuente común
Ganancia de voltaje	Alto	Bajo	Medio
Ganancia de corriente	Bajo	Alto	Medio
Ganancia de potencia	Bajo	Medio	Alto
Resistencia de entrada	Bajo	Alto	Medio
Resistencia de salida	Alto	Bajo	Medio
Relación de fase de entrada/salida	0°	0°	180°

Como se puede observar, las diferentes configuraciones o topologías tienen características diferentes. La fuente común es la configuración de circuito FET más utilizada y equivale al amplificador de transistor de emisor común. El seguidor de fuente o drenaje común del FET se utiliza como amplificador buffer y equivale al amplificador de emisor común de transistor.