FET

FET - TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO

Os transistores de Efeito de Campo, JFET e MOSFET's, tem como características básicas e controle de uma corrente por um campo elétrico aplicado. A corrente flui entre os terminais chamado Suplidouro - S, e Dreno - D, e o campo devido a uma tensão aplicada entre um terminal de controle, a porta "Gate" - G, e o suplidouro. Este compartimento é análogo a das válvulas eletrônicas pentodo.

A vantagem prática dos FET's que os torna cada vez mais comuns, principalmente os MOSFET's, sua alta inpedância de entrada, não é necessária praticamente nenhuma corrente de entrada na porta para o controle da corrente de dreno.

JFET

O primeiro FET desenvolvido foi o de junção, FET (Junction Field Efect Transistor). Há dois tipos: Canal N e Canal P.

Sua estrutura consiste numa barra de material semicondutor N (ou P), envolvida no centro com material P (ou N), a região N (ou P) esta parte, estreita, é chamado canal, por influir a corrente controlada.

Estrutura do JFET canal N

Obs.: No FET de canal P invertem-se camadas semicondutores N e P

Símbolos

Note que em torno de um canal forma-se uma região de potencial na junção PN. Esta barreira restringe a área de condução de canal ao outro.

FUNCIONAMENTO

Na figura acima temos o circuito de teste JFET com uma fonte variável Ves, que controla a corrente do canal ID. Note que Ves, é na polarização reversa (- no gate P).

Inicialmente fazemos Ves = 0. O canal N está normalmente aberto, pois a barreira de potência é mínima, assim, circula uma corrente máxima chamado IDSS, característica do JFET para Vds.

Agora vamos aumentar Ves, fazendo que a largura da barreira de potencial aumente. Então a área de condução diminui, que diminui a corrente de dreno. O campo elétrico entre a porta e o supridouro repele elétrons ao canal, nas proximidades da junção e a corrente fica confinada ao centro, diminuindo. Este é o efeito de campo, que dá nome ao transistor.

Quando maior a tensão reversa Ves, menor a corrente de dreno, com Vds fixa. Se aumentarmos gradualmente, chegará num ponto em que a corrente se anulará. A tensão Vgs nesse ponto é chamado Vgsoff ou Vgscorte, a tensão de estrangulamento do canal, ou de corte.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

Há dois tipos:

· Transcundância;

· Dreno.

Curva de Transcundância

Esta curva, válida para Vds > Vgs de corte, descreve o controle de corrente de dreno pela tensão porta / apridouro. É a curva da região ativa do JFET.

Curva Característica de Dreno

É análoga à característica de coletor do transistor bipolar, e semelhante à característica de placa e uma válvula pentodo. Descreve o comportamento nas três regiões de operação, para diversos valores de Vgs.

REGIÃO DE OPERAÇÃO

Na região ativa, a corrente de dreno é controlada pela tensão Vgs, e quase não varia com tensão Vds (compartimento de fonte de corrente controlada). Nesta o JFET pode funcionar como multiplicador de fonte-de-corrente.

O JFET está nesta região quando Vds > Vescorte nas curvas características é a parte horizontal da curva para uma certa Vgs (toda a área fora de saturação, hachurada, e entre as curvas Vgs1 e Vgs6)

A saturação ocorre quando Vds < Vgscorte. Aqui a corrente ID depende tanto de Vgs como Vds (comportamento de resistor controlado). Nas curvas características de dreno, é a reta inclinada que une cada curva a origem do gráfico. Repare que as inclinação, relacionada à resistência do canal, é diferente em cada uma das curvas (valores de Vgs). Nesta região, o JFET atua como resistor controlado por tensão, ou chave, conforme a aplicação.

Quando Vgs ³ Vgscorte, o JFET está na região de corte, e a corrente de dreno é nula. Usada na operação como chave (alternando com a saturação - chave fechada).

APLICAÇÕES

1) Fonte de Corrente:

O valor de RS e a curva do JFET determinam a corrente ID.

O circuito opera o JFET fica na região ativa, ou seja, Vds> Vgscorte, isso impõe limite ao valor de RL.

O circuito é usado em polarização, sendo freqüência dentro dos amplificadores operacionais e outros CI's analógicos.

2) Amplificadores:

Na operação como amplificadores, usamos o conceito da Transcondutância, que define o ganho dos FET's.

A Transcondutância, gm ou g, é a relação entre a variação na corrente Id e a variação em Vgs que a provoca.

Nos FET, a Transcondutância é maior para tensão Vgs de polarização menor e corrente ID maior.

Assim, o ganho é determinado pela polarização como nos bipolares e válvulas), e o tipo de FET.

a) Polarização: A corrente de dreno de JFET segue a relação quadrática.

Os valores de IDSS e Vgscorte variam conforme o tipo e o exemplar, dentro de limites amplos.

Uma polarização somente pode ser feita através de ajuste de trimpot, ou através de uma fonte de corrente com bipolar.

O tipo mais comum é a autopolarização.

Obs.: Nos amplificadores dreno comum Rd não é usado. Ele não altera a corrente de dreno.

A corrente circula em Rs, surgindo uma queda de tensão nele. A porta está aterrada através de Rg, e então a tensão em Rs aparece entre S e G, polarizando o JFET com uma tensão reversa, que se opõe à corrente de dreno (Suplidouro), regulando-a através de realimentação negativa. A corrente então fica dada pelas características do FET e o valor de Rs.

Também se usa polarização por divisão de tensão, semelhante à usada com transistor bipolar, mas menos exata (pouco melhor que a autopolarização).

b) Supridouro comum:

É a mais usada, pois oferece ganho de tensão.

O sinal de entrada é aplicado entre a porta e o Suplidouro, e a saída colhida no dreno. A fase é invertida.

A impedância de entrada é muito grande, já que a junção porta-suplidouro está polarizada reversamente, circulando apenas uma desprezível corrente de fuga. Na prática, a impedância é dada pelo resistor RE de polarização. Já a de saída é um pouco menor que RD.

O ganho de tensão é dado por:

Seu valor na prática fica entre 3 e 30 vezes, em geral (bem menor que no bipolar).

É comum na entrada de instrumentos de medição, e dentro de C.I. analógicos, pela alta impedância.

Obs: Cent. pode ser omitido, em algumas aplicações. Nos amplificadores com acoplamento direto, todos os capacitores são dispensados, mas o ganho diminui.