Transistor de Efeito de Campo FET Funcionamento e Polarizacao - Dispositivos de Circuitos Eletronicos

Dispositivos de Circuitos Eletrônicos Aula 5 Prof Landulfo Silveira Jr landulfojuniorulifecombr Assunto da aula 5 e 6 O TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO FET Funcionamento do FET Tipos de FET Polarização básica do FET e ponto de operação Metodologia de análise CC do FET Transistor de Efeito de Campo FET FieldEffect Transistor Os princípios físicos do FET foram apresentados por Julius Edgar Lilienfeld em 1926 e por Oskar Heil em 1934 Em 1960 John Atalla desenvolveu o MOSFET baseado nas teorias de William Shockley sobre o efeito de campo O FET funciona através do efeito de um campo elétrico na junção Este tipo de transistor tem muitas aplicações na área de amplificadores operando na área linear em chaves operando fora da área linear ou em controle de corrente sobre uma carga Os FETs têm como principal característica uma elevada impedância de entrada o que permite seu uso como casador de impedâncias podendo substituir transformadores em determinadas situações Além disso são usados para amplificar altas frequências com ganho superior ao dos transistores bipolares TBJ Os FETs podem ser compostos por germânio ou silício combinados à pequenas quantidades de fósforo e boro que são os dopantes alteram as propriedades elétricas Os FETs de silício são os mais utilizados atualmente FET x TBJ TBJ corrente IB controla a corrente IC FET tensão VGS controla a corrente ID FET canal n D Dreno Drain G Porta Gate S Fonte Source FET canal n funcionamento VGS 0 V VDS com algum valor positivo Há o aparecimento de uma corrente do terminal D ID em direção ao terminal S IS FET canal n funcionamento VGS 0 V VDS com algum valor positivo Á medida que o valor de VDS aumenta há um aumento da corrente ID o que leva a um estrangulamento do canal devido ao potencial que aparece na resistência do canal aumento da largura da camada de depleção e consequente diminuição da largura do canal Resultado pinch off FET desliga e corrente se estabiliza em IDSS FET canal n VGS 0 V tensão negativa VDS 0 V Com VGS negativo aumentando de valor ocorre um maior estrangulamento do canal n pelo aumento da largura da região de depleção Semelhança com a curva VCE x IC do TBJ Semelhante ao que ocorre em um diodo reversamente polarizado FET canal p funcionamento VGS 0 V VDS com algum valor positivo Funciona igualmente ao FET canal n porém com corrente ID em sentido inverso Equações características TBJ FET B C I I 2 1 P GS DSS D V V I I constante constantes variável de controle variável de controle Equação de Shockley DSS D P GS I I V V 1 Reescrevendo em função de VGS VGS ID 0 IDSS 03VP IDSS2 05VP IDSS4 VP 0 Método simplificado Exemplo curva de transferência de um FET método simplificado VGS ID 0 IDSS 12 mA 03VP 18 V IDSS2 6 mA 05VP 3 V IDSS4 3 mA VP 6 V 0 A curva de transferência de um FET definida por IDSS 12 mA e VP 6 V será Obs as tensões VGS e VP são negativas pois é um dispositivo FET de canal n Folha de dados datasheet JFET 2N5457 canal n JFET 2N5457 D DS D I V P Potência máxima no FET Relações importantes TBJ FET V 70 BE E C B C V I I I I A 0 1 2 G S D P GS DSS D I I I V V I I Alta impedância Tipos de FET JFET e MOSFET JFET Transistor de efeito de campo de porta de junção é o FET tradicional Possui três terminais fonte S porta G e dreno D MOSFET Transistor de efeito de campo de metal óxido semicondutor é um dispositivo de quatro terminais possuindo além de fonte S porta G e dreno D o terminal substrato SS Geralmente é classificado em duas configurações básicas MOSFET do modo depleção depletion e MOSFET do modo intensificação enhancement A principal diferença é que o MOSFET depleção o transistor opera com a tensão VGS no modo desligado OFF e MOSFET intensificação o transistor requer a tensão VGS no modo ligado ON Polarização do FET JFET Configuração com polarização fixa Relações do FET S D G P GS DSS D I I I V V I I A 0 1 2 Equação de Shockley Junção reversamente polarizada alta impedância Capacitores C1 e C2 se comportam como curto para o sinal de entrada AC e aberto para o sinal CC da fonte de tensão de alimentação VCC capacitores de desacoplamento Polarização do JFET polarização fixa Circuito CA e CC Circuito para análise CC Malha GS GG GS GS GG V V V V 0 Corrente ID 2 1 P GS DSS D V V I I Malha DS D D DD DS DS RD DD R I V V V V V 0 IMPORTANTE RG como IG 0 temse VRG 0 curto equivalente Polarização do JFET Ponto de operação Ponto Q Ponto de operação Q ponto de cruzamento entre a equação de Shockley e a tensão VGS GG GS GS GG V V V V 0 2 1 P GS DSS D V V I I D D DD DS DS RD DD R I V V V V V 0 Exemplo 1 No circuito abaixo determinar os valores de VGSQ IDQ e VDS e mostrar na curva VGS x ID em que ponto o FET está operando Solução 2 V GG GS V V 62 mA 5 8 2 10 1 10 1 2 3 2 DQ DQ P GS DSS DQ I I V V I I V 84 2 10 5 6210 16 3 3 DS DS D D DD DS V V R I V V 8V 10mA 2V 562mA Ponto Q Configuração com autopolarização Circuito CA e CC Circuito para análise CC Malha GS S D GS S S RS GS RS GS R I V I R V V V V 0 Corrente ID 2 2 2 1 1 1 P S D DSS D P S D DSS D P GS DSS D V R I I I V R I I I V V I I Malha DS S D D DD DS S S D D DD DS RS DS RD DD R R I V V I R R I V V V V V V 0 LEMBRESE RG como IG 0 temse VRG 0 curto equivalente Configuração com autopolarização problema Análise CC Corrente ID 0 1 2 1 2 2 K K I I V R I I I D D P S D DSS D Equação do 2º grau Solução da equação do 2º grau Determinar K1 e K2 Solução mais prática Utilizar o método gráfico curva VGS x ID Configuração com autopolarização método gráfico Análise CC Curva VGS x ID Determinamos dois pontos no gráfico 1 VGS 0 V portanto ID 0 A 2 ID IDSS2 metade da corrente máxima por exemplo Como isso teremos Finalizando 2 S DSS S D GS R I R I V S D D DD DS R R I V V Exemplo 2 No circuito abaixo determinar os valores de VGSQ IDQ e VDS e mostrar na curva VGS x ID em que ponto o FET está operando V 88 10 33 10 1 10 62 20 mA 62 1 10 62 V 62 3 3 3 3 S D D DD DS S GS D GSQ R R I V V R V I V Solução 6V 8mA 4V 4mA Ponto Q 4 V 1 10 10 4 4 mA 2 3 3 GS DSS D S D GS V I I R I V Como arbitramos Teremos Pelo gráfico tracejado vermelho entre 2 V e 3 V 26 V 26 mA E finalmente Exercício Projeto de um circuito com JFET autopolarizado Baseado no conhecimento sobre a polarização do JFET que apresenta a autopolarização projete um amplificador a JFET como o apresentado na figura abaixo Utilize o transistor JFET modelo 2N5457 Pósaula estudo de assuntos discutidos na aula e preparação para os assuntos das próximas aulas Fazer um mapa conceitual da polarização por divisor de tensão utilizando JFET Estudar os amplificadores de áudio que podem utilizar esse tipo de configuração com JFET Ler os capítulos 7 8 e 9 Modelagem e Análise do TBJ e FET para Pequenos Sinais do livro BOYLESTAD Robert L NASHELSKY Louis Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos 8ª edição São Paulo Editora Pearson PrenticeHall 2004 pdf disponível no Ulife material complementar A 11ª edição está disponível em Minha Biblioteca Obrigado pela presença Boa semana a todos Abraços