[PDF] Le transistor à effet de champ (TEC) Field Effect Transistor (FET)

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Le transistor à effet de champ (TEC)

Field Effect Transistor (FET)

1 2

Présentation générale

•Transistor à effet de champse présente comme une résistance variable commandée par une tension extérieure •Comparaison avec le transistor bipolaire: - fonctionnement lié au déplacement d"un seul type de porteur (porteur majoritaire) - Très forte impédance d"entrée (MW) - Facteur de bruit inférieur au transistor bipolaire

Transistor à canal N

Transistor PNP

Le sens de la flèche indique le sens du courant de grille GD SGD S 3 Présentation générale•Constitution du TEC à canal N

Sur un substrat de type P(

Grille

) fortement dopé (P+) sont déposées : Une zone N faiblement dopée qui constitue le canal

Deux zones N fortement dopées (N

+) qui constitue des bornes d"entrée (

Source

) et de sortie du canal ( Drain •Elément actif

à3 accès :

Grille

(G) : électrode de commande,

Source

(S) : électrode par laquelle les porteurs majoritaires entrent dans le canal, Drain (D) : électrode par laquelle les porteurs majoritaires quittent le canal. N+ P+ N+

CanalSubstrat

Grille (G)

Drain (D)

P+NSource (S)

4 Fonctionnement du transistor à canal N•VGS= 0 V (grille et source reliées) - VDS= 0 V •VGS= 0 V (grille et source reliées) - VDS≥ 0 V faible N+ P+ N+ G D P+NS Zone de charge d"espaceLa mise en contact des zones P et N donne naissance à des zones de charges d"espace qui diminuent la largeur effective du canal La jonction grille drain est polarisée en inverse -Les zones de charge d"espace augmentent - Si V

DSfaible, le canal se

comporte comme une résistance R DS le transistor à un comportement ohmique N+ P+ N+ G D P+NS

Zone de charge d"espace

5

Fonctionnement du transistor à canal N•VGS= 0 V (grille et source reliées) - VDS≥ 0 V élevée

Si VDSla section conductrice du canal diminueRDSet le courant I Dentre le drain et la source commence à être limité - Lorsque les deux zones de charge d"espace se rejoignent le canal est pincé (

VDS= Vp

N+ P+ N+ G D P+NS

Zone de charge d"espace

Zone ohmique

ID V DS

VGS= 0IDSS

VPVDSmaxV

DSmax= tension de ruptureZone de saturation

Si VDS> VpIDconstant

zone de saturation du transistor 6 Fonctionnement du transistor à canal N•VGS< 0 V - VDS= 0 V Si |V GS| l"épaisseur du canal se rétrécit - le canal est totalement pincé lorsque VGS = -V p •VGS< 0 V - VDS> 0 V Si |V GS| < Vp le canal ne peut être complètement fermé le courant IDqui circule dépend de V DS et V GS Si V DS > V

DScoude

= Vp - V GS le courant I

Dn"augmente plus

7

Caractéristiques statiques du TEC à canal N

•La caractéristique de transfert est tracée lorsque le transistor est dans la zone de saturation

VGS1VGS2

ID

VDS > 0

VGS= 0

I DSS

VPZone de saturation

V

P+VGS2Zone ohmique

VGS < 0-V

P VGS1 Caractéristique de transfertCaractéristique de Kellog VGS2

VP+VGS1

8 Paramètres statiques du TECParamètres obtenus en considérant le montage suivant :

Paramètres d"entrée : I

Get V GS

Paramètres de sortie : I

Det V DS

La tension V

GS est toujours négative la jonction Grille-Source est polarisée en inverse donc I

G»»»»0FTEC

IGVGS ID VDS

TECGrille

Source

SourceDrain

9 Paramètres statiques du TEC•Loi de variation du courant ID

Zone ohmique : VDS < VDScoude= Vp+ VGS

avec Vp> 0 et VGS< 0

Zone de saturation : VDS > VDScoude

1 avec V p> 0 et VGS< 0

Dans ce cas I

Dest indépendant de V

DS •Résistance Grille-Source la jonction Grille-Source est polarisée en inverse donc

IG»»»»0

»»»»10 MW W W W très grande 10 Paramètres statiques du TEC•Résistance Drain Source dépend de la zone d"utilisation du TEC •Pente de la caractéristique ID= f(VGS) dans la zone de saturation !avec 1

Pour VGS= 0ID= IDSSgm= gm0(valeur maximale)

Pour -Vp< VGS< 0%

11 Polarisation du TEC à canal N en zone de saturation

Objectif de la polarisation

: Fixer les valeurs des tensions VGS0, VDS0 et du courant I

D0pour l"utilisation du transistor en alternatif

avec I

Gtrès faible (

IG»»»»0

R

Gélevée

R Det R

Sservent à limiter le continu

RDV

DD> 0RS

RG IG IDIS GSD

Exemple : polarisation automatique en zone

de saturation 12 Polarisation du TEC à canal N - Droite de polarisation '()*+,-./01*/2-,+0/03-1*2,4*+,-. or

IG»»»»0 et&

Equation de la droite

de polarisation ou droite d"attaque RDV DD> 0 RS RG IG ID ISSDExemple : polarisation automatique en zone de saturation VGS VDS IDSS

VGS < 0-V

P VGS0 1 5 6 57
ID0 13

Polarisation du TEC à canal N - Droite de charge statique Equation de la droite de charge statique

Car 8 9

Equation de la droite de charge statique

RDV DD> 0 RS RG IG ID ISSDExemple : polarisation automatique en zone de saturation VGS VDS

VGS0VGS2

ID VDS

VGS= 0

I DSS VDS0 ID0 14

Le TEC en régime dynamique•Schéma équivalent du TEC en alternatif dans la zone de saturation

Le transistor est considéré comme un quadripôle •Le quadripôle est décrit en utilisant les paramètres admittances ;"$< ;"">?@ A B=?@ A C> D =>>& 0car jonction Grille Source polarisée en inverse A B=?@ A C=>& 0car jonction Grille Source polarisée en inverse A B=?@ A CF

Gpente de la caractéristique I

D= f(V

GS) A B=?@ A C> D

Le TEC en régime dynamique

16 Schéma équivalent du TEC en alternatif BF•Schéma équivalent général H •Schéma équivalent simplifié I6 → ∞et I iG vGS iD vDS RGS gmvGSRDS GD S iG vGS iD vDS G g mvGS SD 17 Amplificateur à TEC à polarisation automatique• Montage source commune Les accès d"entrée et de sortie sont et

Les capacités C

1, C 2et C s sont des capacités de découplage 1 2 RL 2C2 RDV DD> 0 RS RG SD Rg 1C1 v1(t) v2(t) C S e g(t) 18 Etude statique du montage (théorème de superposition)• Schéma équivalent en continu Le point de fonctionnement du transistor est imposé par les

éléments du montage

ID0, VGS0et VDS0sont fixés

un signal alternatif vGS(t) peut être superposé au signal continu V GS0 RDV DD> 0 RS RG IG ID ISSDDétermination des droites d"attaque et statique de sortie (voir diapositives 12 et 13) VGS VDS 19 • Schéma électrique en régime sinusoïdal • Schéma équivalent (R GS et R DS sont négligées) Etude dynamique du montage (théorème de superposition) RL RD RG SD Rg v1(t) v2(t) e g(t) i1(t)i 2(t) iGvGS iD vDS G g mvGS SD RG Rg RL RD v1(t) e g(t) v2(t) i1(t)i2(t) 20 Etude dynamique du montage (théorème de superposition)• Droite de charge dynamique (d"après le schéma de la diapositive 19) La droite de charge dynamique DDDDest la droite passant par le point de fonctionnement de coordonnées (I D0 , V DS0 ) et de pente 8> D LMMD DL9D D LD

équation de la droite de charge

dynamique

Une petite variation de la tension d"entrée v

GS(t) autour de V

GS0 entraine des variations de courant i DS(t) autour de I D0 et de tensions v

DS(t) autour de V

DS0 N DLD D L9D O O IP I I PIQN 5 BR B 21t

VGS0VGS2

ID

VDS > 0

VGS= 0

I DSS

VGS < 0-V

P

VGS0VDS0

ID0 vGS(t)t iD(t) t

Droite de charge dynamique

vDS(t) Analyse du circuit : application du théorème de superposition S % TQRU % VQR S % TQR 22
Caractéristiques électriques de l"amplificateur en fonctionnement alternatifquotesdbs_dbs16.pdfusesText_22

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