TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO DE JUNÇÃO JFET

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1 TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO DE JUNÇÃO JFET Transistores bipolares dispositivos controlados por corrente (corrente do coletor é controlada pela corrente da base). Transistores de efeito de campo (FET Field Effect Transistor) tipo de transistor o qual a corrente é controlada pela tensão. A grande vantagem do FET sobre o TBJ: altíssima impedância de entrada (Megaohms) e baixo ruído. Aspectos Construtivos do JFET O JFET é um dispositivo unipolar : que significa que apenas um tipo de portador (elétron ou lacuna) é responsável pela corrente controlada. Existem dois tipos de JFET: JFET Canal N e JFET Canal P O JFET é formado por três terminais: Fonte (source) por onde os elétrons entram; Dreno (drain) de onde os elétrons saem; Porta (gate) que faz o controle da passagem dos elétrons. Será abordado nesta aula o JFET Canal N, pois o JFET Canal P é complementar, ou seja, considerar as correntes e tensões de forma inversa.

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3 Funcionamento do JFET O objetivo: controlar a corrente ID que circula entre a fonte e o dreno, aplicando-se uma tensão na porta. Com o potencial de porta igual a zero, ou seja, VGS = 0, aplicandose uma tensão entre o dreno e a fonte VDS, surge uma corrente ID. Curvas de Dreno Com uma pequena tensão entre dreno e fonte V DS, a região N funciona como uma resistência, com a corrente I D aumentando linearmente com V DS. Conforme a tensão V DS aumenta, aparece uma tensão entre a fonte e a região de porta, polarizando reversamente essa junção. Isso faz com que a camada de depleção aumente, estreitando o canal, o que aumenta a resistência da região N, fazendo com que diminua a taxa de crescimento de I D.

4 A partir de um certo valor de V DS ocorre o estrangulamento do canal (estreitamento máximo), fazendo com que a corrente I D permaneça praticamente constante. Essa tensão é chamada de tensão de estrangulamento (pinch off - V po ) e corresponde à tensão máxima de saturação do JFET. A corrente de dreno para V GS = 0, no seu ponto máximo, é denominada corrente de curto-circuito entre dreno e fonte (drainsource shorted current - I DSS ) e corresponde à corrente máxima de dreno que o JFET pode produzir.

5 Curva característica de saída de um JFET (I D x V DS ) para V GS = 0V - Curva de Dreno Aplicando-se entre porta e fonte uma tensão de polarização reversa (V GS1 < 0), haverá um aumento na camada de depleção, fazendo com que o estrangulamento do canal ocorra para valores menores de V DS e I D.

6 Para cada valor de V GS obtém-se uma curva característica de dreno, até que ele atinja a tensão de corte = V P, na qual I D é praticamente zero. É importante observar que, para qualquer JFET, a tensão de corte V P é igual, em módulo, à tensão de estrangulamento do canal (V po ). V po = V P O fato de V GS ser negativo faz com que a corrente através da porta (I G ) seja desprezível, garantindo uma altíssima impedância de entrada (Z E ). Essa resistência pode ser calculada através da tensão máxima V GS que causa o corte do JFET (com V DS = 0) e da corrente de porta de corte I GSS. Z = E V I GS GSS EXEMPLO: No JFET BF245, para V GS = 20V, com V DS = 0, tem-se I GSS = 5 na. Portanto: Z VGS 20 9 = = = 4x10 = GΩ 9 I 5x10 E 4 GSS Note que há uma grande semelhança entre as curvas de dreno do JFET e a curva característica de saída do transistor bipolar, tendo, inclusive, as mesmas regiões: corte, saturação, ativa e ruptura.

7 Parâmetros encontrados nos manuais técnicos:

8 CURVA DE TRANSFERÊNCIA ou de TRANSCONDUTÂNCIA Mostra como I D varia em função da tensão V GS aplicada à porta: Note que um de seus pontos é I DSS, isto é, esta curva é obtida para o maior valor de V DS indicado na curva de dreno. Porém, como na região ativa da curva de dreno a variação de V DS causa uma variação muito pequena em I D, esta curva pode ser considerada válida para qualquer valor de V DS nesta região. Esta curva é um trecho da parábola que tem como equação: I D = I DSS V (1 V GS P 2 ) Esta equação é válida para qualquer JFET, pois é, deduzida a partir das características físicas de funcionamento do dispositivo.

9 O JFET é um dispositivo com tolerância muito elevadas. Por isso os manuais fornecem as curvas típicas (ou médias) de dreno e de transferência, ou valores máximos e mínimos para o par I DSS e V P, o que resultaria numa curva de transferência com duas parábolas, sendo uma para valores máximos e outra para valores mínimos. EXEMPLO: Para o JFET BF245A, o manual do fabricante fornece as seguintes curvas e dados:

10 Assim, com os dados máximos e mínimos de I DSS e V P e através da equação da curva de transferência, as duas parábolas podem ser traçadas: