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Un transistor à effet de champ est un transistor unipolaire : son fonctionnement est basé sur l'action d'un champ électrique sur un canal composé d'un seul type de porteurs de charges mobiles. Ce canal est un semi-conducteur avec un excédent d'électrons (dopage de type N), ou de trous (dopage de type P).Comment calculer VGS ?
Comme le courant grille est nul, le potentiel de grille est nul. Le courant drain produit dans la résistance de source une chute de tension égale à RS.ID . La tension grille-source vaut donc : VGS = VGM – VSM = – RS.ID .- Ils fonctionnent de la même manière que les transistors bipolaires : comme ces derniers, ils peuvent servir d'interrupteurs ou d'amplificateurs. Cependant, les transistors à effet de champ sont un petit peu différents du transistor bipolaire, ce qui fait qu'ils sont vus dans des chapitres à part.
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.01TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP La dénomination " transistor à effet de champ » (TEC ou FET) regroupe deux types de transistors :
le TECà jonction (JFET)le TEC
à grille isolée (IGFET : insulated gate FET, MOSFET : Métal Oxyde Semiconductor FET)Comparaison au transistor bipolaire :
fonctionnement li é au déplacement d'un seul type de porteur (les porteurs majoritaires : électrons ou trous) ; composant unipolaire.simple à fabriquer, surface réduite (plus haut niveau d'intégration).très forte impédance d'entrée (M).
facteur de bruit inférieur au transistor bipolaire.facteur de m
érite (produit G x BP) inférieur au transistor bipolaire.La dénomination " transistor à effet de champ » (TEC ou FET) regroupe deux types de transistors :
le TECà jonction (JFET)le TEC
à grille isolée (IGFET : insulated gate FET, MOSFET : Métal Oxyde Semiconductor FET)Comparaison au transistor bipolaire :
fonctionnement li é au déplacement d'un seul type de porteur (les porteurs majoritaires : électrons ou trous) ; composant unipolaire.simple à fabriquer, surface réduite (plus haut niveau d'intégration).très forte impédance d'entrée (M).
facteur de bruit inférieur au transistor bipolaire.facteur de m
érite (produit G x BP) inférieur au transistor bipolaire.Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.02JFET
I - Etude théoriqueI.1 - PrincipeI - Etude théoriqueI.1 - PrincipeLe TEC est r
éalisé dans un barreau de semiconducteur dopé (N sur l'exemple cicontre). Sa conductance d
épend du taux de dopage et des dimensions du
barreau.En sourcedrainPour moduler les dimensions du canal,
on ajoute deux zones de dopage P. En polarisant les jonctions PN en inverse, on peut agir sur les dimensions des zones d éplétées et donc sur la taille du canal. On peut ainsi moduler le courant dans le transistor en intervenant sur le champ existant dans les jonctions.En sourcedrain ppVgggrille
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.03JFET
I.2 - Symboles, tensions et courants
SOURCE : électrode par laquelle les porteurs entrent dans le canal.DRAIN : électrode par laquelle les porteurs quittent dans le canal.GRILLE:électrode de commande (IG = 0).
canal Ncanal PRemarque : le sens de la fl
èche représente la diode qui doit être polarisée en inverse.I.2 - Symboles, tensions et courants
SOURCE :
électrode par laquelle les porteurs entrent dans le canal.DRAIN : électrode par laquelle les porteurs quittent dans le canal.GRILLE:électrode de commande (IG = 0).
canal Ncanal PRemarque : le sens de la fl
èche représente la diode qui doit être polarisée en inverse.D SGID ISVDS VGSVGS < 0 VDS > 0ID > 0D
SGID ISVDS VGS trousVGS > 0 VDS < 0ID < 0
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.04JFET
I.3 - Fonctionnement
pour VDS = 0VGS = 0VGS < 0VGS = VGSoff
La conductance maximale du barreau est obtenu pour VGS = 0. Lorsque la tension VGSdevient négative, la zone déplétée s'étend réduisant la taille du canal et sa conductance. Lorsque VGS = VGSoff , les deux zones d
éplétées se rejoignent et le canal est supprimé. La conductance tend alors vers 0 (impédance infinie).Le TEC fonctionne en d
éplétion ou appauvrissement.Dans ce cas, on peut consid érer le TEC comme une résistance commandée en tension.I.3 - Fonctionnement pour VDS = 0VGS = 0VGS < 0VGS = VGSoff
La conductance maximale du barreau est obtenu pour VGS = 0. Lorsque la tension VGS devient négative, la zone déplétée s'étend réduisant la taille du canal et sa conductance. Lorsque VGS = VGSoff , les deux zones d
éplétées se rejoignent et le canal est supprimé. La conductance tend alors vers 0 (impédance infinie).Le TEC fonctionne en d
éplétion ou appauvrissement.Dans ce cas, on peut consid érer le TEC comme une résistance commandée en tension.n SD pp Gn SD pp VggGn SD ppVggGzone d
éplétée en porteur
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.05JFET
pour VDS > 0➀ Pour VDS > 0, le potentiel du drain est supérieur au potentiel de la source. La tension inverse grillecanal sera donc plus importante du cot
é du drain. La zone de d
étrécit et le courant est limité.pour VDS > 0 ➀ Pour VDS > 0, le potentiel du drain est sup érieur au potentiel de la source. La tension inverse grillecanal sera donc plus importante du coté du drain. La zone de d
étrécit et le courant est limité.En
SD pp GEn SD pp GEn SD pp GPolytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.06JFET
I.4 - Réseau de caractéristiquesLorsque VDS augmente, ID croit lin éairement (O) puis atteint la zone du coude due au d ébut du pincement du canal (C) et atteint finalement une valeur de saturation (S). Si VDS d épasse VDSmax le semiconducteur est détruit par effet d'avalanche.I.4 - R éseau de caractéristiquesLorsque VDS augmente, ID croit lin éairement (O) puis atteint la zone du coude due au d ébut du pincement du canal (C) et atteint finalement une valeur de saturation (S). Si VDS d épasse VDSmax le semiconducteur est détruit par effet d'avalanche.ID VDS VGSIDVDSVGSVDSmaxVpVGSoffVGS = 0 V
VGS = 1 V
VGS = 2 V
VGS = 3 VIDSS
OCSAsortietransfertTEC canal N
VDS = cste
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.07JFET
réseau de sortiepour VGS = 0 , ID est maximal : IDSS zone O : zone ohmique, le TEC se comporte comme une résistance :zone C : apparition du pincement
zone S : zone lin éaire ou de saturation, le TEC se comporte comme une source de courant commandée en tension (VDS > VP)
zone A : zone d'avalanche réseau de transferté
quation du courant de drain : VGSoff : tension de blocage (ID = 0, ∀ VDS), VGSoff = VP dispersion importante des r éseaux de caractéristiques (pour des TEC identiques)grandeurs fondamentales : IDSS , VP .r éseau de sortiepour VGS = 0 , ID est maximal : IDSS zone O : zone ohmique, le TEC se comporte comme une résistance :zone C : apparition du pincement
zone S : zone lin éaire ou de saturation, le TEC se comporte comme une source de courant commandée en tension (VDS > VP)
zone A : zone d'avalanche réseau de transferté
quation du courant de drain : VGSoff : tension de blocage (ID = 0, ∀ VDS), VGSoff = VP dispersion importante des r éseaux de caractéristiques (pour des TEC identiques)grandeurs fondamentales : IDSS , VP .RDS≈VP
IDSID=IDSS1-VGS
VGSoff2
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.08JFET
II - Polarisation
II.1 - Polarisation par la grille
On applique une tension de grille
constante : VGG Compte tenu de la dispersion de caractéristiques pour des transistors de mêmes références, la polarisation par la grille est la plus mauvaise méthode pour polariser le transistor dans la zone lin
éaire car le point Q est trop instable. II - PolarisationII.1 - Polarisation par la grille
On applique une tension de grille
constante : VGGCompte tenu de la dispersion de caract
éristiques pour des transistors de mêmes r
éférences, la polarisation par la grille est la plus mauvaise méthode pour polariser le transistor dans la zone lin
éaire car le point Q est trop instable. ID
VDSVGSRDVDD
VGGIDVDSVGSVDSmaxIDSS
VGGQ1Q2droite de chargetransistor 1
transistor 2Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.09JFET
II.2 - Polarisation automatique
Le courant circulant dans le TEC et dans RS génère une tension : VS = RS ID .Le courant de grille
étant nul, VG = 0 donc VGS = RS ID . Le montage crée donc sa propre polarisation en utilisant la tension aux bornes de RS pour polariser la grille en
inverse.II.2 - Polarisation automatiqueLe courant circulant dans le TEC et dans RS g
énère une tension : VS = RS ID .
Le courant de grille
étant nul, VG = 0 donc VGS = RS ID . Le montage crée donc sa propre polarisation en utilisant la tension aux bornes de RS pour polariser la grille en
inverse.IDVDSRDVDD
RSRGID
VDSVGSVDSmaxIDSS
Q1Q2droite de charge (RS moyenne)
RS grandeRS moyenneRS petiteRS petite
Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.010JFET
II.3 - Polarisation par diviseur de tension
Le pont diviseur fournit une tension :
On en déduit la tension VS = VG VGS et le courant II.3 - Polarisation par diviseur de tension
Le pont diviseur fournit une tension :
On en déduit la tension VS = VG VGS et le courant IDVDSRDVDD
RSR2R1ID
VDSVGSVDSmaxIDSS
Q1Q2droite de charge
VG=VDD
R2R1R2
ID=VG-VGS
RS avecVGS0Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.011JFET
II.4 - Polarisation par source de courant
Bien que la tension VGS varie, le point de polarisation P reste fixe.Toutefois ce montage nécessite une seconde source de tension.II.4 - Polarisation par source de courant
Bien que la tension VGS varie, le point de polarisation P reste fixe. Toutefois ce montage nécessite une seconde source de tension.IDVDSRDVDD
RG VSSIDVDSVGSVDSmaxIDSS
Q1Q2droite de charge
PPolytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.012JFET
III - Le TEC en régime dynamiqueCette
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