Formation radioamateur - F6KGL

Radio-REF N° 854 • 05/2012
association
Formation
radioamateur
Référence : TECH 2.5 & 2.6.
Les transistors à effet de champ.
Dans les transistors « bipolaires », l’association des zones P et
N induit des courants issus de la circulation de charges P et
N, d’où la dénomination de bipolaire.
Dans les transistors à effet de champ, l’espace Drain-Source
(canal de conduction) est assimilé à une résistance dont on
fait varier la valeur par la tension de commande. Le canal de
conduction est soit P soit N.
Nous pouvons distinguer deux types de transistor à effet de
champ, selon leur fabrication :
• le transistor à effet de champ à jonction ;
• le transistor à effet de champ à grille isolée.
1 Le transistor J-FET (Junction Field Effect Transistor).
1-a Constitution, schéma équivalent :
Le transistor J-FET (est un
élément composé d'une zone
dopée N ou P (N dans les cas
étudié et les plus courants)
sur la quelle a été diffusée
une zone de type opposée P
ou N suivant le cas.
L'entrée se fait sur la grille du transistor
La grille est portée au potentiel 0 V par la résistance R3
Le courant Drain Source circulant dans R1 élève le potentiel
de Source de quelques volts.
On parle de polarisation automatique.
Le schéma correspondant pourrait être celui-ci:
Le résultat de la simulation est le suivant:
La résistance "drain" ⇔"source" est d'une
centaine d'ohms.
1-b Le courant dans le J-FET:
La polarisation de la grille est négative, la
diode vue par la grille est alors bloquée.
Le courant "Grille est quasiment égal à 0
(c'est le courant inverse de la diode). Dans le cas du transistor
utilisé, canal N, La tension d'alimentation VDrain-Source est
positive. Il n'existe donc qu'un seul courant qui circule entre
Drain et Source Is = Id
La commande du transistor J-Fet se fait par une tension.
La relation entre tension de commande Vgrille-source et le
courant de Drain Id est :
Id = g x Vgs
avec g: pente du transistor en mA/V
1-c Le J-Fet amplificateur :
Les trois montages de base utilisés avec le transistor peuvent
être transposés à un J-FET. Les conclusions sur l'amplification peuvent dans une première approche être considérées
comme sensiblement identiques à celles sur le transistor bipolaire. Nous utilisons dans la simulation suivante un transistor
J-FET 2N3819
Réalisons le montage suivant toujours avec P-SPICE:
L'entrée se fait sur la grille du transistor
La grille est portée au potentiel 0 V par la résistance R3
Le courant Drain Source circulant dans R1 élève le potentiel
de Source de quelques volts.
On parle de polarisation automatique.
Constatations:
•la tension d'entrée Ve est de 100 mV max à la fréquence de
100 KHz ;
•la tension de sortie Vs est de 0,45 V max et en opposition de
phase avec l'entrée ;
•l'amplification est de - 0,45/0,1 = -4,5.
Remarque : l'amplification obtenue dans les conditions cidessus est bien moins importante que celle obtenue avec un
montage à transistor.
Question d’examen :
La dénomination exacte de l'électrode marquée est:
A – La Grille
(réponse exacte)
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rubrique
2 Le transistor MOS-FET.
2-a Constitution, schéma :
Contrairement au J-Fet, dans le transistor MOS-FET dit aussi
IG-FET (Isolated Grid Field Effect Transistor), la grille du MOSFet est complètement isolée (en courant continu) du substrat
(le corps) du transistor par une couche d’oxyde de silicium
très fine (en jaune sur le dessin). Cette couche étant très fine,
elle est le siège d’un champ électrique qui peut prendre des
valeurs très élevées et détruire très rapidement cette couche.
Des précautions d’utilisation sont nécessaires. A l’heure actuelle, des protections sont directement intégrées dans ces
transistors.
Suivant le type (dopage)
du substrat on distingue là
encore deux types de composants. Dans le cas de la
présentation, c'est un Substrat P donc Canal N (genre
IRF150). Sans polarisation
de grille, il n’existe pas de
canal de conduction Drain- Source. La polarisation de la grille
a pour effet d’induire ce canal de type N (ici).
Le symbole MOS-FET est le suivant:
Les MOS-FET à canal N (Substrat
P) et le Mos-Fet à canal P (substrat N). Le sens de la flèche du
symbole indique le type du substrat. Le substrat doit toujours, s'il
n'est pas directement connecté à
la source, toujours être connecté
au potentiel le plus négatif pour un substrat P, et au potentiel
le plus positif pour un substrat de type N.
2-b Câblage, alimentation :
Les Mos-Fet sont très souvent des transistors de puissance.
Nous utilisons le type IRF150 dont le modèle de simulation
existe dans la librairie de P-SPICE, le logiciel de simulation de
fonctionnement à nouveau utilisé.
Réalisons le montage suivant:
La tension d'alimentation du transistor canal N doit être positive.
La tension de polarisation de la grille est aussi positive.
Comme dans le transistor J-Fet, il n'existe pas de courant
grille (en théorie!), le courant Id = Is.
Comme dans le transistor J-Fet Id = g x Vgs avec g qui est la
pente du transistor (en mA/V).
La simulation du montage ci-dessus nous montre le résultat
suivant:
Constatations : la tension de sortie est en opposition de phase avec
la tension d'entrée. L'amplification est de 0,5/0,1 = 5 soit A = -5.