Fet completo

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  1. 1. Eletrnica IITransistores de Efeito de Campo
  2. 2. Introduo Os transistores bipolares so dispositivos controlados por corrente,isto , a corrente de coletor controlada pela corrente de base. No caso do FET (Field-Effect Transistor ou Transistor de Efeito deCampo) a corrente controlada pela tenso ou pelo campoeltrico. Vantagens do FET em relao ao transistor bipolar: altssimaimpedncia de entrada alm de ser um dispositivo de baixo rudo. gustavo.tai@hotmail.com 2
  3. 3. Aspectos Construtivos do JFET O JFET um dispositivo unipolar (o que significa apenas um tipode portador, eltron ou lacuna, responsvel pela correntecontrolada). Fisicamente, podem ser encontrados dois tipos de JFET: JFET-Canal N e JFET Canal-P. Simbologia:gustavo.tai@hotmail.com3
  4. 4. Terminais: Fonte (source) Dreno (drain) Porta (gate): faz o controleda passagem dos eltrons.gustavo.tai@hotmail.com4
  5. 5. Construo do JFETA figura acima mostra um JFET de canal N.O aspecto construtivo mostrado na figura utilizado apenas para fins didticos.Na prtica, extremamente complicado o processo de dopagem nos dois lados do substrato.gustavo.tai@hotmail.com 5
  6. 6. Funcionamento do JFET O objetivo controlar a corrente iD quecircula entre a fonte e o dreno. Isto podeser feito aplicando-se uma tenso na porta. Com o potencial de porta igual a zero (VG=0ou VGS=0), aplicando-se uma tenso entre odreno e a fonte (VD ou VDS), surge umacorrente iD, como indica a figura.gustavo.tai@hotmail.com 6
  7. 7. Funcionamento A dopagem da regio da porta muito maior doque a do canal, desta forma a regio de depleo(regio de carga espacial) ser muito maior do ladodo canal.Parmetros encontrados: IDSS - corrente mxima que o JFET pode produzir, naqual ocorre o estrangulamento do canal quando V GS=0. VPO tenso mxima de saturao ou deestrangulamento (pinch-off). VP tenso na qual ocorre o corte do dispositivo. BVDSS tenso de ruptura do dispositivo para VGS = 0.gustavo.tai@hotmail.com7
  8. 8. Funcionamento Consideremos inicialmente VDS=0 eapliquemos uma tenso VGS com apolaridade indicada na figura e quepolariza reversamente a juno PN.Inicialmente o canal estar todo aberto eentre e dreno e fonte existir um canalcom uma determinada resistncia.Como a tenso aplicada na resistncia zero a corrente resultante ser zero (ID=0).gustavo.tai@hotmail.com8
  9. 9. Funcionamento Se a tenso de porta for aumentada,aumenta a polarizao reversa o que faza regio de carga espacial avanar maisno canal at fech-lo totalmente. A tenso de porta que provoca ofechamento total do canal chamada detenso de pinamento (pinch-off emingls), VPO, sendo uma quantidadenegativa no caso de canal N e positivapara o canal P.gustavo.tai@hotmail.com9
  10. 10. Funcionamento Agora consideremos VGS=0 e apliquemos umatenso entre dreno e fonte com a polaridadeindicada na figura .O que acontece com a corrente quando VDSvaria?Inicialmente com o VDS pequeno o canalpraticamente no se altera e dentro de certoslimites o dispositivo se comporta como umaresistncia. medida que VDS aumenta, a corrente dedreno aumenta provocando uma queda detenso ao longo do canal que faz com que oestreitamento no seja uniforme.gustavo.tai@hotmail.com10
  11. 11. Na figura a corrente de dreno provoca entre oponto A e a fonte uma tenso VA e entre oponto B e a fonte uma tenso VB estando claroque VA>VB.Estas tenses so aplicadas na juno deforma reversa e no ponto onde a tensoreversa maior a regio de carga espacialavana mais no canal,isto , o estreitamento maior prximo do dreno.IDSS = corrente de curto circuito entre dreno e fonteou drain-source shorted current e corresponde corrente mxima de dreno que o JFET podeproduzir.gustavo.tai@hotmail.com11
  12. 12. O estreitamento mximo quando a tenso de dreno for igual tenso de pinamento em modulo. Se a tenso de dreno aumentar mais ainda, as regies de carga espacial no se tocam, ao invs disso o estreitamento aumenta ao longo do canal conforme figura e a corrente de dreno se mantm aproximadamente constante em IDSS, isto , o dispositivo passa a se comportar como uma fonte de corrente constante.Na pratica existe um pequeno aumento em IDquando VDS aumenta alm de VP. Se a tenso de dreno aumentar mais ainda, eventualmente ser atingida umatenso que provocar a ruptura da juno, destruindo o dispositivo. Esta tenso designada por BVDSSgustavo.tai@hotmail.com12
  13. 13. Aumento da Camada de Depleo e Estreitamento do Canal A partir de um certo valor de VDS ocorre o estrangulamento do canal(estreitamento mximo), fazendo com que a corrente iD permaneapraticamente constante. Essa tenso chamada de tenso de estrangulamento ou pinch off (VPO) ecorresponde tenso mxima de saturao do JFET. gustavo.tai@hotmail.com13
  14. 14. A corrente de dreno para VGS=0, no seu ponto mximo, denominadacorrente de curto circuito entre dreno e fonte ou drain-source shortedcurrent (IDSS) e corresponde corrente mxima de dreno que o JFET podeproduzir. Mostramos abaixo a curva caracterstica de dreno. gustavo.tai@hotmail.com14
  15. 15. Curvas de Dreno Com uma pequena tenso entre dreno e fonte VDS, a regio Nfunciona como uma resistncia e a corrente iD aumentalinearmente conforme VDS aumenta. Conforme VDS aumenta, aparece uma tenso entre a fonte e aregio de porta (VGS), polarizando reversamente essa juno. Isso faz com que a camada de depleo aumente, estreitando ocanal, o que aumenta a resistncia na regio N, fazendo com quediminua a taxa de crescimento de iD.gustavo.tai@hotmail.com15
  16. 16. Aplicando-se entre porta e fonte uma tenso de polarizao reversa (VGS1> RDS(on).gustavo.tai@hotmail.com 56
  17. 57. Amplificador Fonte Comum A configurao fonte comum a mais utilizada para o JFET, atuando comoamplificador de pequenos sinais (baixa potncia) e baixa frequncia. Os capacitores C1 e C2 tm a finalidade de acoplar o sinal AC, respectivamente,do gerador de entrada porta e do dreno carga de sada. O capacitor CS serve para desacoplar o sinal AC da fonte, desviando-o para oterra.gustavo.tai@hotmail.com 57
  18. 58. Modelo Simplificado do JFETEste modelo vlido para valores de pico a pico de iD correspondentes a no mximo 10% de IDQ e para frequncias menores que a frequncia de corte superior natural do JFET.O parmetro gfs denominado condutncia de transferncia ou, simplesmente, transcondutncia, e reflete o quanto a corrente de sada iD est sendo controlada pela tenso de entrada VGS.Portanto, gfs pode ser obtida por:gustavo.tai@hotmail.com58
  19. 59. Modelo Simplificado do JFETOs manuais fornecem o valor mximo de gfs, simbolizado por gfso, isto , quando VGS=0, porm seu valor pode ser calculado por:Mas, para a anlise do amplificador, o que interessa o gfs para o ponto quiescente do JFET. Este valor pode ser calculado em funo de gfso e por uma das expresses abaixo:gustavo.tai@hotmail.com 59
  20. 60. Modelo Simplificado do AmplificadorO amplificador, para sinais AC pode ser representado pelo modelo do JFET acrescido dos resistores de polarizao vistos pelo gerador de entrada, mostrado abaixo.Determinao dos principais parmetros do amplificador:Impedncia de Entrada Total ZETComo ZE muitssimo alta, tem-se:ZET = RG1 / / RG2gustavo.tai@hotmail.com 60
  21. 61. Modelo Simplificado do Amplificador Impedncia de Sada Total vista pela Carga ZSTZST = RDGanho de Tenso Total sem Carga AvT Ignorando a presena da carga RL, a tenso na sada VL = -gfs.VGS.RD.Dividindo-se a tenso de sada pela tenso de entrada, tem-se:Circuito equivalente final: gustavo.tai@hotmail.com 61
  22. 62. Exemplo:Para o amplificador a seguir, calculara tenso na carga e o ganho de tensototal AvT (considerando a carga). Dados:IDSS =8mA, VP= -2V, IDQ= 2mA, VGSQ= -1V.gustavo.tai@hotmail.com62
  23. 63. Exemplo:gustavo.tai@hotmail.com 63
  24. 64. DATASHEET DO BF 245Localizao dos Terminaisgustavo.tai@hotmail.com 64
  25. 65. DATASHEET DO BF 245gustavo.tai@hotmail.com 65
  26. 66. DATASHEET DO BF 245gustavo.tai@hotmail.com 66
  27. 67. CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS67
  28. 68. CURVAS FORNECIDAS PELO DATASHEET DA PHILIPS68
  29. 69. Exerccios JFET Dados os principais parmetros do JFETBF256C na tabela: 1)Calcule os valores para desenhar as parbolas mxima e mnima e desenhe a curva detransferncia do BF 256C com base nos valores mximos calculados.2) Polarize o BF 256C com VGS constante para VDD = 25V, IDQ = 5mA e VDSQ = 10V.3) Polarize o BF256C pelo processo de autopolarizao para VDD = 25V, IDQ = 5mA, VDSQ =10V e adote VGSQ = 2,4V.4)Polarize o BF256C pelo processo de divisor de tenso na porta para VDD = 25V, IDQ = 5mA,VDSQ = 10V, VGSQ = 2,4V, VGG = 2V e adote RG2 = 1M .5)Implemente uma chave analgica que funcione de forma inversa da apresentaoapresentada, ou seja, VG = 0 VS 0 e para VG < VP VS VE. gustavo.tai@hotmail.com 69
  30. 70. Exerccios JFET1) Calcule os valores para desenhar as parbolas mximae mnima e desenhe a curva de transferncia do BF 256Ccom base nos valores mximos calculados.Parbola mnima:Com VGS= -0,4V ID = 0,44mACom VGS= -0,3V ID = 1,76mACom VGS= -0,2V ID = 3,96mACom VGS= -0,1V ID = 7,04mAParbola mxima:Com VGS= -7V ID = 0,28mACom VGS= -5V ID = 2,53mACom VGS= -3V ID = 7,03mACom VGS= -1,5V ID = 11,88mACom VGS= -1V ID = 13,78mA70gustavo.tai@hotmail.com
  31. 71. Exerccios JFET2) Polarize o BF 256C com VGS constante para VDD = 25V, IDQ = 5mA e VDSQ = 10V.RD.IDQ + VDSQ VDD = 0RD = (VDD VDSQ) / IDQRD = (25 -10) / 5m = 3K3) Polarize o BF256C pelo processo de autopolarizao para VDD = 25V, IDQ= 5mA,VDSQ = 10V e adote VGSQ = 2,4V.Como IG0 (ZE muito alta) -VGS = RS.ID RD = (VDD - VDSQ + VGSQ) / IDQRS = 2,4 / 5m = 480RD = (25 10 2,4) / 5m = 2,52Kgustavo.tai@hotmail.com 71
  32. 72. Exerccios JFET4) Polarize o BF256C pelo processo de divisor de tenso na porta para VDD = 25V,IDQ = 5mA, VDSQ = 10V, VGSQ = 2,4V, VGG = 2V e adote RG2 = 1M.VGG = __RG2___. VDD -VGS = RS.ID