Tecnologia em Automação Industrial ELETRÔNICA II. Aula 03. Transistores JFET. Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

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1 Tecnologia em Automação Industrial ELETRÔNICA II Aula 03 Transistores JFET Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

2 FET: INTRODUÇÃO FET: Field-Effect Transistor Dispositivo de três terminais Unipolar: depende unicamente da condução de elétrons (canal n) ou de lacunas (canal p) Efeito de campo: é estabelecido um campo elétrico pelas cargas presentes que controlarão o caminho de condução do circuito de saída, sem a necessidade de um contato entre as quantidades controladoras e controladas

3 TRANSISTORES JFET: Símbolos gráficos A seta: - Sempre na porta (G). - no canal n: aponta sempre para o centro do símbolo - no canal p: aponta sempre para fora do símbolo canal n canal p

4 BJT x FET Principal diferença com BJT: controle de corrente por feita tensão ao invés de corrente

5 BJT x FET BJT: dispositivo controlado por corrente tem ganho mais alto A variação de corrente de saída é geralmente maior para os BJTs do que para os FETs para a mesma variação de corrente ou tensão aplicada. Os ganhos de tensão do BJT são geralmente maiores do que aqueles dos amplificadores com FET. Fator de amplificação: β FET : dispositivo controlado por tensão Maior estabilidade térmica (menos sensíveis à variações de temperatura) menor tamanho: úteis na construção de chips de circuitos integrados (Cis) mais sensíveis ao manuseio (mais estáticos) do que os BJTs devido a características de construção alta impedância de entrada (de 1 a várias centenas de mega-ohms) Impedância de entrada é bem maior do que a de configurações de transistores BJT Fator de amplificação: transcondutância g m 5

6 FET: TIPOS JFET: junção FET (transistor de efeito de campo de junção) MOSFET: metal-óxido-semicondutor FET (transistor de efeito de campo de metal-óxidosemicondutor) D-MOSFET: tipo depleção E-MOSFET: tipo intensificação

7 PROJETO DE AMPLIFICADORES COM FET Carcterísticas: Excelente ganho de tensão Alta impedância de entrada Dispositivos pequenos e leves Baixo consumo de potência Aplicáveis a uma ampla faixa de frequências O FET pode ser usado: como amplificador linear; como dispositivo digital em circuitos lógicos; em aplicações de alta frequência buffers (interfaces) MOSFET tipo intensificação é muito comum na produção de circuitos digitais, especialmente em circuitos CMOS que necessitam de consumo de potência muito baixo. MOSFET tipo depleção apresenta impedância de entrada muito mais alta do que uma configuração equivalente com JFET. 7

8 JFET 8

9 JFET: Relações importantes BJT JFET I C = βi B I D = I DSS 1 V GS V P 2 I C I E V BE 0,7V I D = I S I G 0A

10 JFET de canal n: Curva característica Região à direita do pinch-off (V DS >V P ): Região de saturação Região de corrente constante Região de amplificação linear Região à esquerda do pinch-off (V DS <V P ): Região ôhmica Região de resistência controlada por tensão V GS =0V e V DS > V P I DSS é a corrente máxima de dreno V GS = -V P corte I D = 0mA (dispositivo desligado) Curva característica de saída do JFET: I D versus V DS para vários valores de V GS. Curva característica de dreno (de saída) do JFET de canal n, com I DSS =8 ma e V P =4V 10

11 JFET de canal n: RESUMO Corrente máxima: Para V GS =0V e V DS V P I D =I DSS Corte: para V GS -V P I D =0A Saturação Para -V P V GS 0V e V DS V P I D constante: 0mA I D I DSS Região ôhmica: Para -V P V GS 0V e 0V < V DS V P 0mA I D I DSS

12 JFET - OPERAÇÃO 12

13 JFET: CONSTRUÇÃO E CARACATERÍSTICA Tipos: Canal n (mais amplamente usado) Canal p Dispositivo de três terminais um deles controla a corrente entre os outros dois Dreno (D, drain): extremo superior do canal tipo n Fonte (S, source): extremo inferior do canal tipo n Porta (G, gate): conecta as duas camadas do material tipo p Na ausência de um potencial aplicado: - duas junções p-n não polarizadas - Uma região de depleção em cada junção JFET de canal n

14 JFET: CONSTRUÇÃO E CARACATERÍSTICA A operação JFET pode ser comparada à de uma torneira. A fonte é o acúmulo de elétrons no polo negativo da tensão dreno-fonte. O dreno é da deficiência de elétron (ou lacunas) no polo positivo da tensão aplicada. A porta controla a largura do canal n e, consequentemente, o fluxo de cargas da fonte ao dreno.

15 JFET: OPERAÇÃO V GS = 0 V, V DS positivo V GS =0V e V DS com algum valor positivo Quando V DD (=V DS ) é aplicada: os elétrons seguem para o terminal do dreno, estabelecendo a corrente convencional I D. Região de depleção mais larga na parte superior de ambos os materiais do tipo p (níveis de tensão ao longo do canal) I G =0A: junção p-n polarizada reversamente ao longo do comprimento do canal V GS =0V e V DS aumentando de 0 para alguns volts: a corrente I D aumenta linearmente JFET de canal n

16 JFET: OPERAÇÃO V GS = 0 V, V DS positivo V GS =0V e V DS aumentando e próximo a V P : O tamanho das regiões de depleção aumentam A largura do canal n diminui aumenta sua resistência Mesmo que a resistência do canal n esteja aumentando, a corrente da fonte ao dreno (I D ) ao longo do canal n está aumentando porque a V DS está aumentando V GS =0V e V DS =V P V P : tensão de pinch-off (estrangulamento) Uma vez que a tensão de pinch-off (V P ) seja alcançada, aumentos subsequentes na V DS não fazem com que a I D aumente a região de depleção fica tão grande que estrangula o canal V GS =0V e V DS > V P I D mantém um valor de saturação ou valor máximo (I DSS ) Aqui o FET apresenta características de uma fonte de corrente I DSS é a corrente máxima de dreno para um JFET e é definida pela condição V GS =0V e V DS > V P

17 JFET: OPERAÇÃO V GS = 0 V, V DS positivo

18 JFET: OPERAÇÃO V GS < 0 V, V DS positivo V GS : tensão controladora do JFET (tensão da porta para a fonte) V GS <0V À medida que a V GS se torna mais negativa, a região de depleção aumenta O terminal de porta será estabelecido em potenciais cada vez menores comparados ao da fonte A I D diminui (I D < I DSS ) mesmo quando a V DS aumenta A polarização negativa: estabelece regiões de depleção semelhantes às obtidas com V GS =0v, mas com valores menores de V DS. Efeito da polarização negativa: atingir a condição de saturação em valores menores de tensão V DS. Quando V GS =-V P I D =0mA (dispositivo desligado) tensão pinch-off em datasheets: V GS(off) A altos níveis de V DS o JFET atinge uma situação de ruptura. A I D aumenta incontrolavelmente se V DS >V DS max, e é provável que o JFET seja destruído. JFET de canal n

19 JFET: OPERAÇÃO V GS 0 e V DS < V P Resistor controlado por tensão Região ôhmica: Região à esquerda do pinch-off JFET pode ser empregado como um resistor variável V GS controla a resistência dreno-fonte (r d ) r d = r o 1 V 2 GS V P r o é a resistência com V GS = 0V À medida que V GS se torna mais negativa, a resistência (r d ) aumenta

20 JFET CURVA DE TRANSFERÊNCIA 20

21 JFET: CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA As características de transferência de entrada a saída do JFET não são tão simples quanto as do TBJ. TBJ: indica a relação linear entre I B (entrada) e I C (saída). JFET: a relação entre V GS (entrada) e I D (saída) é não linear: Termo quadrático: relação não linear entre I D e V GS I D I V DSS 1 V GS P 2 Equação de Shockley Utilizando os valores de I DSS e V p (V GS(desligado) ) encontrados em uma folha de dados, a curva de transferência pode ser colocada em um gráfico conforme os passos a seguir: 1. Resolvendo a equação para V GS = 0 V: I D = I DSS 2. Resolvendo a equação para V GS = V GS(desligado) : I D = 0 A 3. Resolvendo a equação de V GS = 0 V a V GS(desligado) : 0 A < I D < I DSS

22 JFET: CURVA CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA - Relaciona uma corrente de saída (ou dreno) em relação a um parâmetro controlador de entrada - A curva característica de transferência definida pela equação de Shockley não é afetada pelo circuito no qual o dispositivo é empregado. Utilizando os valores de I DSS e V p (V GS(desligado) ) encontrados em uma folha de dados, a curva de transferência pode ser colocada em um gráfico conforme os passos a seguir: I D = I DSS 4 V GS = V P 2. V GS 0 ID =I DSS. V GS 0,3V P ID = I DSS 2. V GS 0,5V P ID = I DSS 4. V GS V P ID =0mA.

23 LINKS BJT JFET E-MOSFET

24 TRANSISTORES Links sobre processo de fabricação

25 BIBLIOGRAFIA BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill, 2008.