Transistores de efeito de campo
Um Transistor de efeito de campo (FET) é um dispositivo semicondutor de três terminais. Seu funcionamento é baseado em uma tensão de entrada controlada. Pela aparência, o JFET e os transistores bipolares são muito semelhantes. No entanto, o BJT é um dispositivo controlado por corrente e o JFET é controlado pela tensão de entrada. Mais comumente, dois tipos de FETs estão disponíveis.
- Transistor de efeito de campo de junção (JFET)
- FET de semicondutor de óxido de metal (IGFET)
Transistor de efeito de campo de junção
O funcionamento do transistor de efeito de campo de junção depende apenas do fluxo da maioria dos portadores (elétrons ou lacunas). Basicamente, os JFETs consistem em umN digite ou Ptipo barra de silicone contendo junções PN nas laterais. A seguir estão alguns pontos importantes a serem lembrados sobre o FET -
Gate- Usando difusão ou técnica de liga, ambos os lados da barra tipo N são fortemente dopados para criar a junção PN. Essas regiões dopadas são chamadas de porta (G).
Source - É o ponto de entrada para as operadoras majoritárias por meio das quais entram na barra semicondutora.
Drain - É o ponto de saída das operadoras majoritárias por onde saem da barra semicondutora.
Channel - É a área de material tipo N através da qual os portadores majoritários passam da fonte ao dreno.
Existem dois tipos de JFETs comumente usados nos dispositivos semicondutores de campo: N-Channel JFET e P-Channel JFET.
JFET N-Channel
Possui uma fina camada de material do tipo N formada sobre o substrato do tipo P. A figura a seguir mostra a estrutura cristalina e o símbolo esquemático de um JFET de canal N. Em seguida, a porta é formada no topo do canal N com material tipo P. No final do canal e da porta, os fios condutores são conectados e o substrato não tem conexão.
Quando uma fonte de tensão DC é conectada à fonte e aos cabos de drenagem de um JFET, a corrente máxima fluirá pelo canal. A mesma quantidade de corrente fluirá da fonte e dos terminais de drenagem. A quantidade de fluxo de corrente do canal será determinada pelo valor de V DD e a resistência interna do canal.
Um valor típico de resistência de dreno de fonte de um JFET é algumas centenas de ohms. É claro que mesmo quando a porta está aberta, a condução de corrente total ocorrerá no canal. Essencialmente, a quantidade de tensão de polarização aplicada no ID controla o fluxo de portadores de corrente que passam pelo canal de um JFET. Com uma pequena mudança na tensão da porta, o JFET pode ser controlado em qualquer lugar entre a condução total e o estado de corte.
JFETs P-Channel
Possui uma fina camada de material tipo P formada no substrato tipo N. A figura a seguir mostra a estrutura cristalina e o símbolo esquemático de um JFET de canal N. A porta é formada no topo do canal P com material tipo N. No final do canal e da porta, os fios condutores são conectados. O resto dos detalhes de construção são semelhantes aos do canal N JFET.
Normalmente, para operação geral, o terminal do gate torna-se positivo em relação ao terminal da fonte. O tamanho da camada de depleção da junção PN depende das flutuações nos valores da tensão da porta polarizada reversa. Com uma pequena mudança na tensão da porta, o JFET pode ser controlado em qualquer lugar entre a condução total e o estado de corte.
Características de saída do JFET
As características de saída do JFET são desenhadas entre a corrente de dreno (I D ) e a tensão da fonte de drenagem (V DS ) na tensão de porta constante (V GS ), conforme mostrado na figura a seguir.
Inicialmente, a corrente de dreno (I D ) aumenta rapidamente com a tensão da fonte de dreno (V DS ), entretanto, repentinamente torna-se constante em uma tensão conhecida como tensão de pinch-off (V P ). Acima da tensão de corte, a largura do canal se torna tão estreita que permite que uma corrente de drenagem muito pequena passe por ele. Portanto, a corrente de drenagem (I D ) permanece constante acima da tensão de compressão.
Parâmetros de JFET
Os principais parâmetros do JFET são -
- Resistência de dreno AC (Rd)
- Transconductance
- Fator de amplificação
AC drain resistance (Rd)- É a razão da mudança na tensão da fonte de dreno (ΔV DS ) para a mudança na corrente de dreno (ΔI D ) em tensão de porta-fonte constante. Pode ser expresso como,
R d = (ΔV DS ) / (ΔI D ) em Const V GS
Transconductance (gfs)- É a razão da mudança na corrente de dreno (ΔI D ) para a mudança na tensão da fonte da porta (ΔV GS ) em tensão constante de dreno-fonte. Pode ser expresso como,
g fs = (ΔI D ) / (ΔV GS ) em V DS constante
Amplification Factor (u)- É a razão da mudança na tensão da fonte de drenagem (ΔV DS ) para a mudança na tensão da fonte da porta (ΔV GS ) corrente de drenagem constante (ΔI D ). Pode ser expresso como,
u = (ΔV DS ) / (ΔV GS ) na constante I D