UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA 1 - ET74C Prof.ª Elisabete Nakoneczny Moraes
Aula 20 – TRANSISTOR DE EFEITO
DE CAMPO DE JUNÇÃO (JFET)
Curitiba, 26 de maio de 2017.
CONTEÚDO DA AULA
1. CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSISTORES
2. ESTRUTURA CRISTALINA
3. FUNCIONAMENT0
1. Tensão de constrição ou estrangulamento
2. Efeito devido à polarização no terminal de porta
4. CURVA CARACTERÍSTICA
1-Classificação dos Transistores
19 Abr 17 AT11- TJB - Introdução 3
TRANSISTORES BIPOLARES (TJB) NPN PNP UNIPOLARES MOSFET DEPLEÇÃO CANAL N CANAL P ENRIQUECI MENTO CANAL N CANAL P JFET CANAL N CANAL P
Transistor de junção bipolar
Transistor de junção de efeito de campo Transistor de metal óxido semicondutor de efeito de campo Boylestad cap 5 Sedra cap 5 O mecanismo de controle do dispositivo é baseado na variação do campo elétrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de controle, no caso o terminal de porta (gate).
2-Estrutura cristalina canal N
+
+
Fortemente
dopado
DRENO (DRAIN)
FONTE (SOURCE)
PORTA (GATE)
-Fracamente dopado
2-Diferença entre JFET e MOSFET
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 5
Transistor de efeito de campo de junção (Junction Field Effect Transistor )
FET de metal óxido semicondutor (Metal Oxide Semiconductor FET )
Símbolo
Estrutura
cristalina
2-Características elétricas
1-Dreno (
D
rain) terminal no qual os portadores majoritários saem. A
corrente no sentido convencional que entra é designada por I
D. A tensão
entre dreno e fonte é denominada por V
DSe é positiva se o potencial em D
é mais positivo que S. V
DSé também denominada por V
DD.
1
2-Porta (
G
ate) Em ambos os lados do canal
N, (no caso do JFET canal N), são dispostas
duas regiões fortemente dopadas por
impurezas aceitadoras.
Essa área caracteriza a região da Porta (Gate).
Aplica-se uma tensão V
GS= -V
GGpara polarizar
reversamente a junção PN entre as regiões de
porta e fonte.
2
3-Fonte (S
ource) terminal em que a corrente
devida aos portadores majoritários penetra no canal.
Designada por I
S(corrente de fonte).
3
FET CANAL N
3-Funcionamento
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 7
+
+
Fracamente dopado
Fortemente dopado
3- Formação da camada de depleção
S
--
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-G
--
-D
-
-
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
--
-D S
Como a região da porta é mais fortemente dopada a
camada depleção adentra menos, enquanto que no canal o efeito é o inverso!!
3-Camada depleção sem polarização
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 9
S
-
-
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
--
-S
-
--+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ ++
+
+ +
+
+
+
+ ++ ++
+ +
++
+
+
++
+ +
+ +
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
--
-G
-D
-- --
--
-- --
-- --
-- --
-- --
-3-Aumento da camada depleção devido a V
DD
S
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
--
-S
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ ++
+
+ +
+
+
+
+ ++ ++
+ +
++
+
+
++
+ +
+ +
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
--
-G
-D
V
DD-- --
--
-- --
-- --
-- --
-V
GS= 0V
Polarização reversa
3-Geometria da camada de depleção devido a V
DD
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 11
A tensão reversa (V
DD) cria um par de
regiões de desprovidas de portadores,
formando um canal.
Como o canal é mais levemente
dopado, as regiões de depleção
penetram mais profundamente no canal
N do que no material tipo P da porta.
3- Primeiro ↑ da camada depleção devido ao ↑V
DD1
S
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
--
-S
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ ++
+
+ +
+
+
+
+ ++ ++
+ +
++
+
+
++
+ +
+ +
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
--
-G
-D
-- --
-
- -
-
-
-V
DD1- -
-V
GS= 0V
I
D1
VDS = VDD1 VDS = VDD13-Segundo ↑ da camada depleção devido ao ↑V
DD2
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 13
S
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
--
-S
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ ++
+
+ +
+
+
+
+ ++ ++
+ +
++
+
+
++
+ +
+ +
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
--
-G
-D
-- --
-
- -
-
-
-V
DD2- -
-V
GS= 0V
I
D2
I
D2
I
D2
VDS = VDD2 VDS = VDD23-Efeito do aumento de V
DS
acima de Vpinchoff (Vp)
S
-+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
--
-
-G
-S
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ ++
+
+ +
+
+
+
+ ++ ++
+ +
++
+
+
++
+ +
+ +
++
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
--
-G
-D
--
--
-V
DD>
V
P- -
-V
GS= 0V
I
DSS
I
DSS
I
DSS
VDS > VPI
DSS
VDS = VPI
DSS
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 15
-3.1-Tensão de constrição ou
estrangulamento (pinch-off) - Vp
A condição de operação do FET em que ainda há circulação da corrente de dreno (ID) através doestreito canal que se formou pelo aumento de VDS quando VGS=0, define a tensão de constrição ou estrangulamento ou de pinch-off.
IDSS drain to source current with the gate shorted
-A tensão Vp é o valor que VDSatinge quando circula uma corrente de elevada densidade através do canal muito estreito.
O termo “pinch-off” é inadequado, pois sugere que a corrente cai a zero, o que
não é verdade.
O que de fato acontece é que IDse mantém no nível de saturação, definido pelo valor de IDSSatravés do canal muito estreito, no qual circula uma corrente de elevada densidade.
O fato de IDnão se tornar nula e manter-se no nível de saturação, resulta devido ao fenômeno de que se a corrente de dreno-source zerar, irá cessar o efeito da formação da camada de depleção resultante da polarização reversa ao longo da junção PN.
-A medida que a tensão VDStende a aumentar, além do nível de Vp, a região de confronto entre as duas regiões de depleção aumenta ao longo da parte inferior do canal, sendo que o nível de
IDpermanece essencialmente o mesmo.
-VDD=VDS
3.1-Tensão de constrição ou
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 17
3.2-Efeito devido polarização
direta do terminal de porta
Se VGG = VGS polarizar diretamente a região de porta?
i. Irá circular corrente entre o terminal de dreno e porta, porém não é esta a operação desejada, pois pretende-se controlar a camada de depleção. ii. Outra questão é que a área pela qual circula a corrente é reduzida, podendo
causar aumento excessivo da temperatura e destruição do componente.
3.2-Efeito devido polarização
reversa do terminal de porta
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 19
3.2-Efeito devido ao aumento da polarização
reversa do terminal de porta
Se VGG = VGS polarizar reversamente a região de porta?
V
GS≥V
Pcorte I
D=0
4-Curva característica de saída
1ª) VDD>0 e VGS(-VGG)=0
2ª) VGS= -VGG>= VP: Corte
3ª) |VP|≥ |VGG| ≥ 0
Família de curva característica de saída ID= f(VDS)@VGS
4-Curva característica de saída
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 21
Família de curva característica de saída: ID= f(VDS)@VGS
Curva de Transferência
4-Curva de transferência
Família de curva característica de saída: ID= f(VDS)@VGS 2
1
P GS DSS DV
V
I
I
Variável de controle Variável de saída Constantes datasheetExercício 11 Boylestad p.175
26 Mai 17 AT20- JFET Introdução 23
2
