Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II

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1 Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II Aula 05 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 BJT x FET Principal diferença com BJT: controle de corrente por feita tensão ao invés de corrente

4 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 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 4

5 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

6 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

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. Devido à característica de alta impedância de entrada do FET, o modelo CA equivalente é um pouco mais simples do que aquele utilizado para os BJTs. MOSFET tipo depleção apresenta impedância de entrada muito mais alta do que uma configuração equivalente com JFET. Enquanto o BJT tem um fator de amplificação β, o FET possui um fator de transcondutância g m. 7

8 JFET 8

9 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

10 JFET - OPERAÇÃO 10

11 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

12 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.

13 JFET: OPERAÇÃO Há três condições básicas de operação para um JFET: V GS = 0 V, V GS < 0 V, V DS aumentando para um valor positivo V DS em algum valor positivo V GS 0 V, V DS < V P

14 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

15 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

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

17 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 V GS -V P (para JFET tipo canal n) ou V GS = V P (para JFET tipo canal p) I D =0mA (dispositivo desligado) V P é uma tensão negativa para dispositivos de canal n e uma tensão positiva para JFETs de canal p 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

18 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

19 LINKS BJT JFET E-MOSFET

20 TRANSISTORES Links sobre processo de fabricação

21 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.