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Electronique AnalogiqueTransistor à effet de champ en statique
Présenté par: Boubkar BAHANI
Année : 2019/2020
2
PLAN
• Transistor à effet de champ à jonction (JFET)
Fonctionnement de base
Symboles du transistor à effet de champ à jonction (JFET)
• Caractéristiques et paramètres du JFET
Tension de pincement
Contrôle de ID par VGS
Tension de blocage et de pincement
Courbe Caractéristique OU Caractéristique de Transfert du JFET
Transconductance directe du JFET
Résistance d'entrée et de Drain - Source
• Polarisation du JFET
Polarisation automatique
Polarisation par diviseur de tension
3
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Fils
conducteurs
Source
Drain
Grille
Source
Drain
Grille
Structure de base d'un transistor à effet de champ à jonction (JFET) :
a) Canal N b) Canal PReprésentation de la structure de base des deux types de JFET
4
Symboles du transistor à effet de champ à jonction (JFET)
Symboles schématiques de FET à jonction
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
5
Grille
N N
Drain
VDS > 0
P
PSource
VGS < 0
Conditions normales de fonctionnement : VGS < 0 et VDS > 0
Fonctionnement de base du JFET à canal N:
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS = 0
VDS = 0
Drain
Cas n°0 : VGS = 0 et VDS = 0
P
Grille
P
Zce
Zce
En l’absence de polarisation, création des 2 zones d’appauvrissement
Faisons varier
VDS
V
V
V
V
Source
N
VGS = 0
VDS > 0
Drain
Cas n°1 : VGS = 0 et VDS > 0
P
Grille
P
Zce
Zce
Rajout de VDG
V
V
V
V
Polarisation inverse plus forte du côté drain
Vdg
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS = 0
VDS > 0
Drain
P
Grille
P
Zce
Zce
V
V
V
V
Elargissement de
la ZCE du côté
du drain
Rajout de VDG
Cas n°1 : VGS = 0 et VDS > 0Polarisation inverse plus forte du côté drain
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS = 0
VDS > 0
Drain
IdP
Grille
P
Zce
Zce
V
V
V
VFonctionnement en
zone ohmiqueId = f(Vds)
Elargissement de
la ZCE du côté
du drain
Rajout de VDG
Cas n°1 : VGS = 0 et VDS > 0Polarisation inverse plus forte du côté drain
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Fonctionnement en zone ohmique
VDS (V)
Id (mA)
VGS = 0La pente de la courbe dépend :
•du dopage du canal,
•de la longueur du canal,
•de la section du canal.
Que se passe t’il si on
augmente VDS ?
Cas n°1 : VGS = 0 et VDS > 0
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS = 0
VDS = Vp
Drain
Cas n°2 : VGS = 0 et VDS = Vp
IdP
Grille
P
Zce
Zce
Pincement du canal au niveau du drain
Fonctionnement en
Zone de
pincement
Id tend à se
stabiliser
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Cas n°2 : VGS = 0 et Vds = Vp
Fonctionnement en zone de pincement
VDS (V)
Id (mA)
VGS = 0
Id tend :
• à augmenter car VDS est grand,
• à diminuer à cause de
l’étranglement qui freine le passage des
électrons.
Que se passe t’il si on
augmente encore VDS ?
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS = 0
VDS > Vp
Drain
Cas n°3 : VGS = 0 et VDS > Vp
IdP
Grille
P
Zce
Zce
Etranglement du canal au niveau du drain
Fonctionnement en
Zone de
saturation
Id devient constant
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Cas n°3 : VGS = 0 et VDS > Vp
Fonctionnement en zone de saturation
VDS (V)
Id (mA)
VGS = 0
Id est constant car il existe un canal
minimal laissant passer les porteurs
Que se passe t’il si on fait
varier VGS ?
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS < 0
VDS > 0
Drain
Cas n°4 : VGS < 0 et VDS >= 0
P
Grille
P
Zce
Zce
VGS influence la taille du canal indépendamment de VDS
VGS = 0 V
VGS = -0.5 V
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Source
N
VGS < 0
VDS > 0
Drain
Cas n°4 : VGS < 0 et VDS >= 0
P
Grille
P
Zce
Zce
VGS influence la taille du canal indépendamment de VDS
VGS = 0 V
VGS = -0.5 V
VGS = -1 V
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Cas n°4 : VGS < 0 et VDS > 0
Accentuation de l’effet de pincement
VDS (V)
Id (mA)
VGS = 0 VLa valeur de VGS < 0 influence
directement le pincement du canal et
le phénomène de saturation de Id
VGS = -0.5 V
VGS = -1 V
Fonctionnement de base
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
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Fonctionnement de base
JFET à canal N polarisé
TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION (JFET)
Le FET à jonction Jonction PN Grille-Source en polarisation Inverse.
Polarisation inverse à la jonction Grille-Source avec tension négative sur Grille
Zone d'appauvrissement dans jonction PN, s'étendant jusqu'au canal N
Résistance en réduisant la largeur du canal.
Largeur du canal, donc Résistance du canal,
peut être contrôlée en variant la tension de grille et
Contrôler ID (Courant Drain).
VGG Fournit la tension de
Polarisation Inverse entre
Grille et Source.
VDD Donne une tension entre Drain et
Source
Courant du Drain vers Source
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CARACTÉRISTIQUES
ET
PARAMÈTRES DU JFET
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
Soit : VGS = 0 V Court-circuiter G et S et reliées à la masse
A mesure que VDD (donc VDS) est au-delà de 0 V
ID proportionnellement à travers le matériau type N entre A et B.
Dans cette région, la résistance du canal est essentiellement constante.
Région appelée la Région Ohmique.
a) JFET avec VGS = 0 V et un VDS (VDD) variable. b) caractéristique de drain.
La courbe caractéristique du drain d'un FET à jonction pour VGS = 0, illustrant le pincement.
Au point B courbe s'aplatit et ID = constante. A mesure que VDS de B en C
VGD produit une région d'appauvrissement assez large ID = constante.
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Tension de pincement
Pour VGS = 0 V
Valeur de VDS pour laquelle ID = Cte (point B) Tension de Pincement (VP).
Si VDS au-dessus de VP ID = Cte = IDSS (Drain to Source current with gate Shorted).
IDSS est le courant du Drain maximal qu'un JFET donné sur les fiches techniques.
Claquage survient au point C lorsque ID très rapidement si VDS
a) Lorsque VDS = 0, ID = 0
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
b) ID augmente proportionnellement avec VDS (région
ohmique)
Production de la courbe caractéristique d'un JFET pour VGS = 0 V.
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Tension de pincement
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
c) Lorsque VDS = VP, ID = IDSS. d) Si VDS augmente, ID demeure à IDSS jusqu'au claquage
Production de la courbe caractéristique d'un JFET pour VGS = 0 V.
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Contrôle de ID par VGS
A mesure que VGS devient plus négative par l'ajustement de VGG, une famille de courbes caractéristiques de
drain est produite.
ID pendant que VGS devient plus négative, dû au rétrécissement du canal.
Pour chaque augmentation de VGS, le JFET atteint le Pincement pour des valeurs de VDS plus petites que VP.
Donc ID est contrôlée par VGS
a) JFET polarisé à VGS = -1 V. b) Courbes caractéristiques de drain.
Le pincement survient à une valeur de VDS plus faible pendant que VGS devient plus négative
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
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Tension de blocage
VGS ID 0 : Tension de blocage : VGS(off)
Le JFET doit être utilisé entre VGS = 0 V et VGS(off)
Pour un JFET à Canal P Requiert valeur de VDD négative et VGS positif.
JFET à canal P polarisé
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
FET à jonction à canal N plus VGS est négative, plus ID dans région à courant cte.
Pour une valeur négative suffisante de VGS ID 0
Blocage causé par l'élargissement de la zone d'appauvrissement
obturation complète du canal.
FET à jonction en blocage
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Comparaison entre pincement et blocage
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
une différence importante entre Pincement et Blocage.
VGS(off) = VP
Exemple : Fiche technique VGS(off) = -5 V VP = +5V
Exemple 8-2 :Un JFET à canal P possède un VGS(off) = +4 V. Que vaut ID lorsque VGS = +6 V ?
Exemple 8-1 :Pour le JFET de la figure ci-dessous, VGS(off) = -4 V et IDSS = 12 mA. Déterminez VDDmin requise pour faire
fonctionner le transistor dans la région à courant constant.
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
VGS compris entre 0 et VGS(off) contrôle ID
ID = 0 lorsque VGS = VGS(off)
Et ID = IDSS lorsque VGS = 0
Forme de la Courbe Caractéristique d'un JFET Fonction exponentielle exprimée par :
Courbe caractéristique d'un JFET à canal N
Courbe caractéristique OU Caractéristique de Transfert du JFET
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
Développement de courbe caractéristique d'un JFET à canal N (à gauche)
à partir des caractéristiques de drain (à droite).
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
Fiche technique du JFET
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
Transconductance directe du JFET
Transconductance directe de transfert ou Transconductance gm est :
La Variation (ΔID) par rapport à la Variation de (ΔVGS) pour un VDS = Constant
Sur une fiche technique on donne la valeur de gm mesurée à VGS = 0 V (gm0)
Exemple : la fiche technique du JFET 2N5457 donne gm0 de 1000 µS pour VDS = 15 V.
Si gm0 est donné Calcul valeur approximative de gm par l’expression :
Si gm0 n’est pas donné Calcul par valeur de IDSS et VGS(off) :
Exemple 8-3 :La fiche technique du FET à jonction 2N5459 (figure précédent) indique comme valeurs types que IDSS = 9 mA
et VGS(off) = -8 V (maximum). Déterminez le courant de drain si VGS = 0 V, -1 V, et –4 V.
gm s’exprime en Siemens (S)
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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
Exemple 8-4 :On retrouve les informations suivantes sur la fiche technique du FET à jonction 2N5457. Valeurs typiques :
IDSS = 3,0 mA, VGS(off) = -6 V maximum et yfs(max) = 5000 µS. Déterminez la transconductance directe et la
valeur de ID lorsque VGS = -4 V.
Variation de gm en fonction du point d'opération (VGS).
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Résistance d'entrée
Résistance d'entrée de la grille est très élevée
Avantage du JFET sur le transistor bipolaire.
Résistance d'entrée peut être Calculée par :
Résistance Drain - Source
Courbe caractéristique du drain au-dessus du pincement, ID constant pour une variété de VDS.
Variation importante de VDS ne produit qu'un tout petit changement de ID.
Rapport de ces Variations Résistance Drain-Source (r’ds) :
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU JFET
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POLARISATION
DU JFET
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Polarisation automatique
POLARISATION DU JFET
Résistance de grille RG n'affecte pas la polarisation (aucune chute de tension à ses bornes). Grille demeure à
0 V.
Polarisation automatique de JFET (IS = ID dans tous les FET)
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Polarisation avec point Q Centré
Pour un fonctionnement dans la Région linéaire, on polarise un JFET près du milieu de sa caractéristique de
transfert, là où ID = IDSS / 2.
On montre que : ID IDSS / 2 lorsque VGS = VGS(off) / 3,4
POLARISATION DU JFET
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Analyse graphique d'un JFET sous polarisation automatique
Un FET à jonction sous polarisation automatique et sa courbe caractéristique de transfert
Caractéristique de transfert d'un JFET et certains paramètres
Point Q (ID , VGS)
Soit le circuit ci-dessous :
Si courbe non fournie
La tracer d'après son expression en utilisant valeurs données de IDSS et VGS(off)
POLARISATION DU JFET
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Déterminer Q du circuit :
• Calcul de VGS lorsque ID = 0 : VGS = -ID . RS = -(0) . (470 W) = 0 V.
Point origine sur le graphique (ID = 0 , VGS = 0).
• Trouver IDSS sur fiche technique. D'après courbe, IDSS = 10 mA.
• Calcul VGS lorsque ID = IDSS : VGS = -ID . RS = -(10 mA) . (470 W) = -4,7 V.
Second point sur le graphique (ID = 10 mA, VGS = -4,7 V).
Traçage de la droite de charge statique sur le graphique.
Point d'intersection entre droite de charge statique et caractéristique de transfert Point Qdu circuit.
Intersection droite de charge statique et caractéristique de transfert définie le point Q
POLARISATION DU JFET
Point Q (5,07 mA, -2,3 V)
Vérification :
Pour = ID = IDSS / 2
VGS = VGSoff / 3.4 = -8 / 3.4 = -2,35 V
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Polarisation par diviseur de tension
POLARISATION DU JFET
Polarisation par diviseur de tension : VS du JFET doit être plus positive que VG
Conserver la jonction GS en polarisation inverse.
Un JFET à canal N sous polarisation par diviseur
de tension (IS = ID)
Tension de Grille déterminée par diviseur de tension R1 et R2 :
Tension Grille - Source : VGS = VG - VS
Tension de Source : VS = VG – VGS
Courant Drain exprimé par :
En substituant VS :
Tension de Source : VS = ID . RS
Fin
39
40
Solution 8-1 :
VGSoff = - 4 V VP = 4 V
VDSmin = VP = 4 V
Région à I constant et VGS = 0 V ID = IDSS = 12 mA
VRD = RD . ID = 12m . 560 W = 6,72 V
Circuit drain :
VDDmin = VDSmin + VRD = 4 + 6,72 = 10,7 V
Solution 8-2 :
VGSoff = 4 V
VGS = 6 V > VGSoff ID = 0 A
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Solution 8-3 :
VGS = 0 V ID = IDSS = 9 mA
VGS = -1 V ID = IDSS . [1 - (VGS / VGSoff)]² = 9m . [1 - (-1 / -8)]² = 6,89 mA
VGS = -4 V ID = 9m . [1 - (-4 / -8)]² = 2,25 mA
Solution 8-4 :
gm0 = yfs = 5000 µS
gm = gm0 . [1 - (VGS / VGSoff)] = 5000 . [1 - (-4 / -6)] = 1667 µS
ID = IDSS . [1 - (VGS / VGSoff)]² = 3m . [1 - (-4 / -6)]² = 333 µA
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