11. Le transistor à effet de champ.

Royaume du Maroc
OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL
MODULE 04
Circuits Électroniques
Résumé de Théorie
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Première Année
Programme de Formation des Techniciens Spécialisés en
Électronique
DIRECTION DE LA RECHERCHE ET INGENIERIE DE LA FORMATION
Septembre 1995
TABLE DES MATIÈRES
11. LE TRANSISTOR À EFFET DE CHAMP.
11-1
11.1 Principe de fonctionnement
11-1
11.2 Caractéristiques d'un JFET
11-2
11.3 Courbes id(uds) et id(ugs)
11-2
11.4 Polarisation d'un JFET
11.4.1 Polarisation simple
11.4.2 Polarisation automatique
11-5
11-5
11-6
11.5 Exercices
11-8
Résumé de Théorie
Circuits Électroniques
11. Le transistor à effet de champ.
11.1 Principe de fonctionnement
La principale différence entre un transistor bipolaire et un transistor à effet de champ, est
que le premier est contrôlé par un courant et que le deuxième est contrôlé par une tension.
La construction d'un transistor à effet de champ de type N consiste en un barreau de semiconducteur de type N étranglé par un beignet de type P. Un transistor à effet de champ de
type P a un barreau de type P et un beignet de type N. La partie inférieure est appelée la
source, la partie supérieure est appelée le drain et entre les deux on retrouve la grille.
C'est par un espace étroit (Figure 11-1) que les électrons doivent passer pour se déplacer
de la source au drain. La largeur de ce canal est importante parce que c'est elle qui
détermine le courant traversant le JFET (de l'anglais "Junction field effect transistor").
Drain
P
Barreau de typeN
D
Grille
G
N
P
N
Beignet de type P
D
S
Source
G
S
Figure 11-1
La grille et le barreau forment une jonction PN. La zone d'appauvrissement autour de
cette jonction étant isolante, l'épaisseur de celle-ci contrôlera la dimension du canal au
centre du beignet. Dans le cas d'un JFET de type N, la grille sera polarisée par une tension
négative par rapport au barreau. Le but est d'obtenir une zone d'appauvrissement dont
l'épaisseur est ajustée par la tension UGS. Plus cette tension sera grande, plus le canal sera
petit et moins de courant pourra alors traverser la structure du JFET. La Figure 11-2
montre les polarités normales d'utilisation d'un JFET de type N et de type P.
Le Transistor à Effet de Champ
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ID
G
Ugg
D +
ID
Udd
G
D
_
Udd
Ugg
_
+
S _
+
Type N
_
S +
Type P
Figure 11-2
Un transistor à effet de champ ne demande à toute fin pratique aucun courant de grille
pour fonctionner. Ceci a comme qualité de produire une impédance d'entrée d'un valeur
extrêmement élevée. Les entrées d'un amplificateur opérationnel de type TL071, par
exemple, ont une impédance de 1 T!
11.2 Caractéristiques d'un JFET
Tout comme dans le cas des transistors bipolaires, il est nécessaire de polariser de
polariser un JFET. Il faut donc déterminer la tension UGS qui produira le courant de drain
(ID) désiré.
11.3 Courbes id(uds) et id(ugs)
La Figure 11-3 montre la relation entre le courant de drain ID et la tension UDS pour des
valeurs de UGS données. Remarquez la similitude entre ces courbes et celles d'un
transistor bipolaire IC(UCE). Les différences sont la tension de saturation qui est plus
élevée et qui change selon de UGS et le faite que les courbes ne sont pas espacées
régulièrement.
ID
IDSS 10mA
UGS = 0V
UGS = -1V
5mA
UGS = -2V
UGS = -3V
UGSoff = -4V
2,5mA
1,25mA
Up = | UGSoff |
UDS
BUgds
Zone d'utilisation
Figure 11-3
Les valeurs inscrites à la Figure 11-3 sont à titre d'exemple. Voici ce qu'elles signifient.
 IDSS est le courant de drain lorsque UGS = 0V
 UGSoff est la tension entre grille et source nécessaire

pour bloqué le JFET.
Up (tension de pincement) est la tension de saturation du transistor @ IDSS.
Le Transistor à Effet de Champ
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
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BUgds ("break down voltage") est la tension de rupture du JFET.
Le Transistor à Effet de Champ
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ID
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
UGS
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Figure 11-4 : Courbe de transconductance
À la Figure 11-4, on retrouve la relation mathématique normalisée entre ID et UGS. Cette
relation est vrai en autant que le JFET soit utilisé dans la zone d'opération (Figure 11-3).
Cette relation est quadratique et ceci explique l'espacement irrégulier entre les courbes.
Cette courbe est un outil de travail important. On l'appelle aussi la courbe de
transconductance.
La courbe de la Figure 11-4 correspond à l'équation mathématique suivante.
ID = IDSS x (1 - UGS / UGSoff)2
ou encore
UGS = -UGSoff x (û(ID / IDSS) -1)
Le Transistor à Effet de Champ
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11.4 Polarisation d'un JFET
11.4.1 Polarisation simple
Voici un exemple très simple. Une source (Ugg) est ajustée pour que la tension produise
le courant de drain ID désiré.
IDSS = 10mA
UGSoff = -5V
Ugg
RD
1k
G
D
Udd
15V
S
2,5V
Figure 11-5
Ugg = UGS
ID = 10mA x (1 - -2,5V / -5V)2 = 2,5mA
UD = 15V - 2,5mA x 1k = 12,5V
# 1 - Exemple:
Question
À la Figure 11-5, quelle tension Ugg est nécessaire afin d'obtenir une tension UD de 10V?
Solution:
URD = 15V - 10V = 5V
ID = 5V / 1k = 5mA
Ugg = UGS = 5V ( û( 5mA / 10mA) -1) = -1,46V
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11.4.2 Polarisation automatique
Il existe une façon plus simple d'ajuster le courant de drain d'un JFET qu'une source
ajustée. On appelle cette autre polarisation la polarisation automatique. Elle consiste à
installer une résistance entre la borne source du JFET et le point commun et de placer la
grille à 0 volt via une résistance à commun. Cette résistance déterminera plus tard
l'impédance d'entrée de l'amplificateur à JFET.
IDSS = 10mA
UGSoff = -5V
RD
1k
D
G
Udd
15V
S
RS
1k
RG
100k
Figure 11-6
Le courant de drain dépend de UGS. À la Figure 11-6, la grille étant à 0 volt (se
rappeler qu'aucun courant ne circule dans la grille), la tension UGS est déterminée par la
tension de la source, qui elle est déterminée par la tension aux bornes de RS qui est à son
tour déterminée par le courant de drain. On est en présence d'un système de deux
équations.
#1: ID = IDSS x (1 - UGS / UGSoff)2
#2: ID = -UGS / RS
Il faut, soit utiliser un ordinateur ou une calculatrice sophistiquée, soit utiliser le
graphique normalisé de la Figure 11-4.
Sur l'axe ID, le "1" représente IDSS. Dans ce cas-ci il vaut 10mA. Sur l'axe UGS il
représente UGSoff; -5V.
L'équation #2 est une droite dont la pente vaut -1/RS et dont l'ordonnée à l'origine est
zéro. Pour trouver un autre point de la droite on suppose, par exemple, UGS = -5V.
ID = --5V / 1k = 5mA. Nous avons maintenant la coordonnée (-5V, 5mA). On trace alors
la droite. Le point d'intersection entre la courbe et la droite donne le courant IDQ et la
tension UGS, soit respectivement 2,5mA et 2,5V (voir la Figure 11-7).
UD = 15V - 2,5mA x 1k = 12,5V
US = 2,5mA x 1k = 2,5V
UDSQ = 12,5V - 2,5V = 10V
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ID
10mA
0,9
(0,725V, 7,25mA)
0,8
7,25mA
0,7
0,6
(-5V, 5mA)
0,5
(-2,5V, 2,5mA)
0,4
0,3
2,5mA
0,2
0,1
0
UGS
-5V
-0,9
-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-2,5V
-0,3
-0,2
-0,1
0,725V
0
Figure 11-7
# 1 - Exemple :
Question:
Trouver IDQ, UGS, UD, US et UDSQ du circuit de la Figure 11-6 en changeant la résistance
RS pour une 100
Solution:
Supposons un courant de 10mA. Ceci implique une tension de 1V aux bornes de RS. Sur
le graphique de la Figure 11-7 on retrouve le point d'intersection: 0,725V et 7,25mA
UD = 15V - 7,25mA x 1k = 7,75V
US = 0,725V
UDSQ = 7,75V - 0,725V = 7,03V
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11.5 Exercices
# 1 - Un JFET a les courbes suivantes. Que valent UGSoff et IDSS et dire à partir de quelle
tension UDS le JFET agit-il en source de courant.
ID
ID = 0A à UGS = -5V
UDS
5V
# 2 - Un JFET a la courbe de transconductance suivante. Que valent UGSoff et IDSS et dire à
partir de quelle tension UDS le JFET agit-il en source de courant.
ID
15mA
UGS
-4V
# 3 - Ecrire l'équation de transconductance du JFET ayant les courbes du #1.
# 4 - Quel est le courant de drain du JFET du #2 si sa tension UGS = -2V?
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# 5 - Voici un circuit à auto-polarisation. IDSS = 12mA et UGSoff = -4V. Calculer les valeurs
de IDQ, UGSQ, UDSQ et UD.
Udd
15V
RD
1,8k
C2
C1
RG
10M
RS
270
C3
# 6 - Au numéro précédent, si on remplaçait RS per une 510, que vaudraient UGS, ID, UDS?
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