Chapiter 01 : Transistor FET (transistor à effet de champ) Définition du FET: Transistor à effet de champ (FET) est un acronyme pour transistor à effet de champ. Seul un champ électrique est utilisé pour contrôler le flux de courant dans un transistor à effet de champ. Les transistors unipolaires sont appelés FET. Les trois bornes d'un transistor à effet de champ (FET) sont la source, le drain et la porte. Types de transistors à effet de champ (FET) : Les transistors à effet de champ sont divisés en deux catégories. 1. Transistor à effet de champ de jonction (JFET) 2. Transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET) ou transistor à effet de champ à grille isolée ou IGFET). Caractéristiques du transistor à effet de champ (FET) : Unipolaire - La conduction dans un transistor à effet de champ se fait soit par trou, soit par électron. Étant donné que le courant d'entrée dans le FET n'a circulé qu'en raison de la polarisation inverse, le transistor à effet de champ a une impédance d'entrée élevée. Impédance de sortie FET - L'impédance de sortie du FET est extrêmement faible. Les transistors à effet de champ sont appelés dispositifs commandés en tension car leur tension de sortie est uniquement contrôlée par la tension d'entrée de la grille. Faible bruit - Le bruit d'un transistor à effet de champ est inférieur à celui d'un BJT car il n'y a pas de jonctions dans le chemin de conduction. Dans un transistor à effet de champ, le gain est défini comme la transconductance. 1-Transistor à effet de champ de jonction (JFET) : Les JFET sont l'un des types les plus élémentaires de transistors à effet de champ, car ils n'ont que trois bornes. Contrairement aux transistors PNP et NPN, un transistor à effet de champ à jonction a trois bornes : 1-La grille (G) est l'électrode de commande 2- le drain (D) est l'électrode par laquelle les porteurs majoritaires sortent du canal. 3- la source (S) est l'électrode par laquelle les porteurs majoritaires entrent dans le canal Fonctionnement de Le transistor JFET : Parce qu'il est contrôlé par une tension de polarisation inverse au niveau de la borne de grille, le JFET est un dispositif contrôlé en tension. Le courant électrique est coupé lorsque le canal se vide. Lorsqu'il n'y a pas de tension entre la grille et la broche de source, un transistor à effet de champ à jonction est dit passant. Effet du champ de jonction Selon le fonctionnement, un transistor est classé comme un canal de type n ou de type p. Le courant diminue en type n lorsque la source de tension connectée à la grille est -ve par rapport à la source. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille par rapport à la source dans un JFET avec un canal de type p, le courant est abaissé. Le fonctionnement : Lorsque VGS = 0, un courant circule du drain vers les bornes de la source via la tension appliquée VDS. La couche d'appauvrissement de la jonction porte-canal s'élargit et le canal se rétrécit lorsqu'une tension grille-source négative est appliquée. Pour une quantité donnée de VDS, la résistance du canal augmente tandis que id diminue. La couche d'appauvrissement est uniforme en raison de la faible valeur de VDS et l'appareil fonctionne comme une résistance à tension variable. La couche d'appauvrissement s'élargit à mesure que la valeur de VGS diminue dans le sens négatif, occupant finalement tout le canal. La tension de pincement est la valeur de VGS en ce point (VP). La tension augmente le long du canal de la source au drain lorsque VDS se produit le long du canal. La couche d'appauvrissement devient ainsi non uniforme. La polarisation inverse change sur la longueur du canal, l'extrémité de drain ayant la polarisation inverse la plus grande et l'extrémité de drain ayant la couche d'appauvrissement la plus large. En conséquence, la résistance du canal fluctue le long du canal, ce qui entraîne une courbe caractéristique non linéaire. Caractéristiques I – V et tracé de sortie d'un JFET à canal N : Voici les quatre zones de fonctionnement différentes d'un transistor à effet de champ à jonction : Région ohmique La couche d'appauvrissement est très fine lorsque la tension de grille est nulle (VGS=0), et le transistor à effet de champ à jonction agit comme une résistance régulée en tension. Région limite Comme la résistance du canal est à son maximum pendant la zone de coupure, la tension de grille VGS - est suffisante pour que le transistor à effet de champ à jonction se comporte comme un circuit ouvert. La zone de coupe est également connue sous le nom de zone de pincement. Saturation ou région active Comme la résistance du canal est à son maximum pendant la zone de coupure, la tension de grille VGS - est suffisante pour faire fonctionner le transistor à effet de champ à jonction en circuit ouvert. Pincer est un autre nom pour la région coupée. Région de répartition La tension VDS entre le drain et la source doit être suffisamment élevée dans la région du ventilateur pour que les transistors à effet de champ à jonction se comportent comme un passage résistif et permettent un courant non régulé. Paramètres JFET: La loi de variation de courant Id : Dans la zone Ohmique :Vds<Vds coud =Vp+Vgs 𝒏𝒙 𝐈𝐝 = 𝑰𝒅𝒔𝒔(𝑽𝒑 + 𝟐𝑽𝒈𝒔𝑽𝒅𝒔 𝑽𝒑𝟐 − 𝑽𝒅𝒔𝟐 𝑽𝒑𝟐 ) avec : Vp>0 et Vgs<0 La zone de saturation : Vds>Vdscoud 𝐕𝐠𝐬 2 Id=Idss(1 + 𝐕𝐩 ) Resistance Grille- Source La junction grimme – source et polarisée en inverse donc Ig=0 Rgs= ∆𝐕𝐠𝐬 ∆𝐈𝐠 La resistance Drain-Source Rgs= ∆𝐕𝐝𝐬 ∆𝐈𝐝 -Transconductance (gm) : En attendant, le transistor à effet de champ à jonction est une tension contrôlée source de courant, le gain est la variation du courant de drain divisé par le changement de tension de grille. C'est ce qu'on appelle le gain de transconductance (abrégé en gm) du JFET Transconductance est le rapport de variation du courant de drain (δID) pour changer la tension grille-source (δVGS) à une tension drain-source constante (VDS = Constante). Alors gm est fondamentalement la pente du changement de ID et en ce qui concerne le changement de VGS avec constante VDS. Il est donné par, gm= ∆𝐕𝐠𝐬 ∆𝐈𝐠 Cette valeur est maximale à zéro de la tension grille-source (VGS = 0). La valeur maximale (gmo) est spécifiée dans la fiche technique du transistor à effet de champ de jonction (JFET). . Il est généralement présent dans les unités de conductance en particulier par unité Siemens. Pour le FET, les valeurs standard de la transconductance (gm) sont dans la gamme de un à trente milli siemens. Remarque -Pour Vgs = 0 Donc Id =Idss gm=gm0 (valeur max) 𝐕𝐠𝐬 -Pour –Vp<Vgs<0 gm=gm0(1 + 𝐕𝐩 ) Polarisation Polarisation automatique en zone de saturation -On a : Is=Id+Ig avec : Ig tres faible (ig=0) Donc Is=Id -Rg est elevée -Equation de la droit de polaristion : Vgs=- RsIg- RsIs On a: Ig=0 et IS=Id 𝐕𝐠𝐬 Donc : Id=− 𝐑𝐬 équation de polarisation ou droit d’attaque
