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Aula16: Transistor Efeito de Campo - Princípios de Funcionamento

Eletrônica Básica
Aula16: Transistor Efeito de Campo - Princípios de Funcionamento
Bibliografia: Microeletrônica - Vol.1 Sedra e Smith e Eletrônica Vol 1 - Malvino    

 

Transistores de Efeito Campo

 

O principio de funcionamento de hum transistor Efeito de campo está online baseado nd modulação da largura de canal um, portanto SUA capacidade de Corrente, Tensão Aplicada Por UMA. DESTA forma transistores Efeito de Campo São Dispositivos controlados Por Tensão AO contrario do tradicional transistor (transistor bipolar UO BJT - Bipolar Transistor de junção ) Que São controlados Por Corrente. 

Existem basicamente Dois Tipos de transistor Efeito de campo: MOSFET (Metal Oxide-semicondutores-FET) also chamados de IGMOS (de porta isolada MOS - Transistor MOS EO JFET (Junction FET) Sendo Que OS Primeiros São Mais Usados, principalmente Circuitos Integrados los e ultimamente Como Dispositivos de potencia Joe Cada Tipo PoDE serviços encontrado com Duas polaridades:. canal N e canal P. Existem muitas Diferenças Entre OS transistores Efeito de campo EO tradicional, Sendo Que As Três principais São:

 

  • Tipo de Controle da Corrente: no FET É Por Tensão no tradicional Por Corrente.
  • A impedância de Entrada: no FET e Muito alta (> 1M) e não baixa e tradicional (devido à Junção PN polarizada Treatement).
  • O Tipo de portador: No FET e hum tipo (Elétron livre UO lacuna) no tradicional São Elétron e lacuna.
  • Ganho de Tensão: No FET menor e fazer Que não BJT.

 

  Transistor Efeito de Campo de Junção

 

A Figura 1a Mostra, de forma Simplificada, uma Estrutura Física de hum transistor Efeito de campo de Junção canal N, a Figura 1b uma simbologia parágrafo canal N eA Figura 1c parágrafo canal P. O dispositivo temperatura Três Terminais: O Dreno (D) um Fonte (S - Source los inglês) eA porta (G - Gate los inglês). A dopagem da Região da porta e Muito Maior do Que fazer um canal, Desta forma uma Região de depleção (Região de Carga Espacial) soros Muito Maior do Lado do canal.

  (A)     (B) (C)
  Figura 1: (a) Estrutura Física JFET canal N (b) simbologia JFET canal N (c) simbologia JFET canal P

 

                                                                    
 

Observar nd simbologia Que uma seta no meio, OU MESMO uma Estrutura, PoDE Sugerir Que possamos trocar o Dreno Pela Fonte, o Que É Verdade los alguns Dispositivos, Mas nao los Todos, Por Isso mesmo uma simbologia uma seta Onde está online Mais Próxima da Fonte . Na literatura Sobre o Tema encontrar Possível e como Duas. O SENTIDO seta da Mostra o SENTIDO de Condução Como los hum diodo Comum da Junção portão (P)-canal (N).

Pará explicar o funcionamento consideraremos o JFET canal N, parágrafo O Outro si invertem OS Sentidos da Corrente e das tensões.

Consideremos inicialmente V DS = 0 e apliquemos UMA Tensão V GS  com uma polaridade indicada Na Figura 2 e Opaco polarização reversamente uma Junção PN. Inicialmente o canal eStara TODO Aberto e empreendedorismo e Dreno e Fonte existira hum canal com a UMA determinada Resistência. Como uma Tensão Aplicada nd de zero Resistência e uma Corrente resultante soros zero (I D = 0). Tensão de si uma porta para aumentada, aumenta uma polarização reversa o Que Faz a Região de Carga Espacial avançar Mais nenhum canal ATÉ fecha-lo Totalmente, Figura 2b. Observe Que A Região de depleção Avança Mais no canal do Que nenhum Lado da Porta, ISSO porqué uma dopagem da Maior porta é.

(A)

(B)

Figura 2: (a) polarizando uma porta com Tensão negativa (b)  fechando o canal Totalmente

 

 

A Tensão de porta Que provocantes o total de fechamento do canal e Chamada de Tensão de pinçamento ( pinch-off  in inglês), V P , Sendo UMA quantidade negativa no Caso de canal N e Positiva par o canal P.

 

Agora consideremos V GS = 0 e apliquemos UMA Tensão Entre Dreno e Fonte com uma polaridade indicada Na Figura 8.3. O Que Acontece com uma Corrente quando V DS  varia?

Inicialmente com o V DS  Pequeno o canal praticamente nao si Altera e Dentro de certos limites ao o dispositivo si comporta Como UMA Resistência. À Medida Que V DS  aumenta, a Corrente de Dreno aumenta provocando UMA Queda de Tensão AO Longo do canal Opaco Opaco FAZ com o estreitamento nao SEJA Uniforme.

 

Na Figura 3b uma Corrente de Dreno provocantes Entre o Ponto A EA UMA FONTE Tensão V A  e B Entre o Ponto EA UMA FONTE Tensão V B  estando Claro Que V A > V B . Estás tensões São Aplicadas nd Junção de forma reversa e não um Ponto Onde Tensão Maior reversa e uma Região de Carga Espacial Avança Mais no canal, IstoÉ, o estreitamento e Maior Próximo do Dreno.

 

(A)(B)
Figura 3: (a) Polarizando o Dreno com UMA Tensão Pequena (0,1 V) (b) o pinçamento atingido e (V P )

 

O estreitamento e um maximo quando Tensão de Dreno para Igual à Tensão de pinçamento los modulo.Se uma Tensão de Dreno Aumentar Mais ainda, como regioes de Carga Espacial nao si tocam, AO inves dissociação aumenta o estreitamento AO Longo do canal Conforme Figura 4 bis Corrente de Dreno SE MANTÊM Approximate Constante em Eu DSS , IstoÉ, o dispositivo Passa um si comportar Como UMA Fonte de Corrente Constante. Na pratica EXISTE UM Pequeno aumento em Eu D  quando V DS  aumenta alem de V P .

Figura 4: Aspecto do canal quando uma Tensão de Dreno aumenta alem de V P

Tensão de si, um Dreno Aumentar Mais ainda, eventualmente atingida soros UMA Tensão Que provocará uma ruptura da Junção, destruindo o dispositivo. This Tensão e designada Por BV DSS

 

Veja Este vídeo Sobre JFET (em inglês):    http://www.allaboutcircuits.com/videos/66.html

 

 

Curvas Características de Dreno

 

Tensão de si uma porta para fixada, digamos los V GS = 0V, EA Tensão de Dreno para Variada, o Gráfico da Corrente de Dreno los FUNÇÃO da Tensão de Obtido Dreno E, I D xV DS , tendão V GS  Como Parâmetro. A Figura 5a Mostra o Circuito parágrafo obter como Curvas Características de Dreno.

O Gráfico da Figura 5b Mostra a curva de Dreno do JFET quando V GS = 0 eA Tensão Dreno de variação, parágrafo hum JFET (2N4393) canal N com V P =- 2,81 V.

Inicialmente com V DS = 0 a Corrente de Dreno eu D  de zero also é. Com V DS  e aumentando inicialmente Bem menor do Opaco V P  o Comportamento e de UMA Resistencia, Isto É, SE uma Tensão Dreno de dobrar de valor uma Corrente de Dreno also dobra valor de. Dizemos Que A Região de Operação e Chamada de Região ôhmica (o JFET si comporta Como UMA Resistência Controlada Por V GS ).

À Medida Que uma Tensão Dreno de si aproxima da Tensão de pinçamento (V P ) EO canal si aproxima do estreitamento Máximo, a curva começa uma inclinar se (Resistência do Dreno aumenta). A Corrente de Dreno parágrafo V DS = V P  e denominada de I DSS , Corrente nd saturação. Tensão de si, um Dreno Aumentar alem Desse valor uma Variação da Corrente de Dreno FICA Constante em Eu DSS . Por exemplo a par transistor 2N4393 o I DSS = 30mA.

 Dizemos Que o dispositivo Entrou nd Região de saturação, Região de amplificação UO Patamar. Tensão de si, um Dreno Aumentar Mais ainda, eventualmente atingida soros UMA Tensão, BV DSS  parágrafo um qua uma Junção PN sofrerá ruptura.

 

(A)

(B)

Figura 5: Curva caracteristica de Dreno parágrafo V GS = 0V parágrafo JFET com V P =- 2V  

 

Ágora para si Aplicada UMA Tensão, de porta de digamos V GS =- 1V, EO Procedimento e repetido, IstoÉ, uma Tensão de Dreno Variada e um de Partir zero, soros Obtida UMA curva semelhante à da Figura 5b hum porem com valor de Corrente nd saturação menor Que eu DSS.  O valor de V DS  Que provocará o pinçamento soros menor, Neste Caso Approximate 1,8 V. De forma Geral UMA valor o de V DS  Que provocantes o pinçamento e dado por:

O Conjunto de Curvas parágrafo OS Diferentes Valores de V GS  e Chamado de Curvas Características de Dreno, Figura 6.

 

 

 

Figura 6: Curva caracteristica de Dreno parágrafo Diversos Valores de V GS     
obtendo como Curvas de Dreno   (recebendo curvas de dreno)

 

Curva caracteristica de Transferencia

 

Curvas Características como de transferencia relacionam uma saida, Corrente de Dreno (I D ), com uma entrada, Tensão de porta (V GS ). Essas Curvas São obtidas parágrafo hum valor de V DS , Por exemplo a V DS = 5V, 7a Figura. O Gráfico I de D xV GS   e Chamado de curva caracteristica de transferencia, POIs transfere OS Valores de Entrada par uma saida, 7b Figura.

 


(A)

(b)
Figura 7:  (a) curva caracteristica de Dreno (b) curva caracteristica de transferencia 

 Obtendo uma curva de transferencia

A equação relaciona Que Corrente de Dreno com Tensão de porta e dada Approximate por:

 

 

 

  

 Onde eu DSS  e uma Corrente de Dreno nd saturação parágrafo V GS = 0 e V P  Tensão de um pinçamento.

 

Exemplo: Se V GS =- 1V qua uma Corrente de Dreno considerando o transistor  2N4393 ?

 

Como Vp =- 2,81 V e I DSS = 36mA então:

 

Valor Que PoDE serviços Obtido Treatement da curva da Figura 7

 

 

Parâmetros do JFET

Todo semicondutores e caracterizado Por Parâmetros OS cais Quais d'Orsay determinarão Limites de Operação e Valores de ganho, sos Parâmetros also São Usados ​​parágrafo modelar o Componente. 

Transcondutância

 

ESSE e hum hum Importante Parâmetro de FET, Sendo Definido por:

com V DS = Constante                                                    

Derivando ID los Relação um VGS nd Expressão:

obtém-se uma Expressão da transcondurancia (gm) EM FUNÇÃO de VGS ID e.

 

 

ESSE Parâmetro e numericamente Igual à inclinação (derivada) EM UM determinado Ponto da curva de  transferencia .   A Figura 8 Mostra o Significado da transcondutância.

[] Figura 8: Obtendo uma transcondutância uma Partir da curva caracteristica de transferencia Obtendo uma transcondutância uma Partir da curva de transferencia

 

 

Exemplo: Qual o valor da transcondutância los V GSQ =- 1V?

 

 

O valor da transcondutância also PoDE serviços Obtido Treatement da curva de transferencia si o Ponto conhecido Q é.

 Si o Ponto Q e V GSQ =- 1V umAO Redor do Ponto Q resulta los UMA Variação portanto o valor Estimado da transcondutância Sera:

 

 

Resistência de Saida

 

A Resistência de saida e definida Como Sendo:

com V GS = Constante                                           

 

Que representação fisicamente uma inclinação da curva de saturação nd Região, Figura 9. Idealmente o valor de r O  Deverià serviços infinito, IstoÉ, nd Região de saturação parágrafo UMA Variação de Tensão de um Dreno Variação da Corrente de Dreno séria de zero e portanto nd saturação como Curvas seriam paralelas AO Eixo horizontal. Na pratica EXISTE UMA Pequena inclinação indicando Que uma Corrente TEM UM Pequeno acréscimo de valor quando uma Tensão de Dreno aumenta.


Figura 9: Obtendo uma Resistência de saida da curva Partir uma caracteristica de Dreno
 

 

Experiência 22: Curvas Características - Dreno (IDxVDS) e Transferencia (IDxVGS)

 

1) Abra o ARQUIVO EXP22.CIR e identifique o Circuito da Figura 10. Execute UMA Analisar dinâmico DC e preencha uma Tabela 1, Levantando OS Gráficos de IDxVDS parágrafo Dois Valores de VGS (0V e 1,5 V)    

Figura 10: Circuito parágrafo obter IDxVDS

Tabela 1: Obtendo uma Curva caracteristica de Dreno

VDS (V) 0,1        0,2   0,3   0,4   0,5   0,6   0,7    0,8    1    2    3    4    5    6    7    8    9   10
VGS ID = 0 (mA)                  
VGS = 1,5 V ID (mA)                   

 

 

2) Use UMA planilha (Excel Por exemplo a) par obter Os Dois Gráficos. Não EXP22 ARQUIVO executar UMA Analisar DC e obtenha como Curvas de Dreno, compare com o Curvas obtidas no Excel.

 

3) Abra o ARQUIVO EXP23.CIR e identifique o Circuito da Figura 10. Execute UMA Analisar dinâmico DC e parágrafo VDS = 6V preencha uma Tabela 2.    

                                                

                                                                                Tabela 2: Curva caracteristica de transferencia

VDS = 6VVGS (V) 0,1        0,2   0,3   0,4   0,5   0,6   0,7    0,8    1    2    3    4    5    6    7    8    9   10
ID (mA)                  

 

4) Use UMA planilha (Excel Por exemplo a) par obter o Gráfico de uma IDxVGS Partir dos Dados da Tabela 2. Não EXP23 ARQUIVO executar UMA Analisar DC e obtenha uma curva de transferencia, compare com o Curvas obtidas com o Excel.

5) Escreva como SUAS CONCLUSÕES baseado NAS Observações Medidas e.

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