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TD 9 Le transistor à effet de champ J.F.E.T. Constitution, définition. Principe de fonctionnement (influence de V GS, VDS) régions linéaires, coudées et de saturation. Caractéristique du F.E.T. Schéma équivalent petits signaux B.F. Etude d"un montage amplificateur. Polarisation automatique, schéma petits signaux. exercice 9.1 P+ h l2.a N P +GrilleGrille

SourceDrain

Un transistor JFET idéalisé est représenté sur le figure ci-dessus. Les deux régions P

+ forment la grille et sont reliées électriquement au potentiel V

G. Le canal est un parallélépipède de

longueur l, de largeur h et d"épaisseur 2a. Les jonctions sont abruptes. On donne les valeurs numériques suivantes : N A = 1018 cm-3, ND = 1015 cm-3, ni = 1010 cm-3, a = 2 mm, l = 20 mm, h = 100 mm, T = 300 K, e = 1,6.10 -19 C, e0er = 10-12 F/cm, k = 8,62.10-5 e.V/K, mn = 1000 cm

2/V.s, mp = 300 cm2/V.s. On rappelle également les relations suivantes concernant les

jonctions abruptes : VkT eLogN N ndA D i=( 2 lV e N N Nnj D D A= 2 1. . .e et lV e N N Npj A A D= 2 1. . .e

1. Calculer le potentiel de diffusion Vd de la jonction p-n du transistor JFET.

2. Expliquer pourquoi les régions de grilles sont très fortement dopées.

3. A partir de quelle différence de potentiel entre le canal et la grille obtient-on le pincement

du canal (V

DS = 0) ?

4. Quelle est la conductance du canal, lorsque les trois électrodes drain, source et grille sont

au même potentiel ? Peut-on obtenir une conductance plus élevée ?

5. En utilisant l"approximation usuelle de la zone de charge d"espace des jonctions, exprimer

la quantité de charge Q G emmagasinée de part et d"autre des jonctions en fonction de VGS à V DS = 0. En déduire l"expression de CG (A.N : VGS = 0). exercice 9.2 On utilise un transistor JFET monté en résistance variable dans le montage suivant : Eg SD GRg u 0vR"

Le transistor est caractérisé par Vp = - 4 V ; le potentiel de diffusion de la région p vers la

région n est Vd = 0,5 V.

1. Comment doit-on choisir v pour que le transistor soit utilisé en résistance variable (on

donnera la forme des caractéristiques du transistor et on spécifiera la région qui doit être

utilisée) ?

2. Donner l"expression de la résistance équivalente du JFET entre le drain et la source r

ds. On mesure r ds = 500 W lorsque la grille et la source sont réunies à la masse.

3. Tracer le graphe de r

ds en fonction de u0.

4. Donner une représentation graphique du point de fonctionnement pour u

0 imposé (sans

faire de calculs numériques). exercice 9.3 On utilise un transistor JFET dans la région ohmique .

Les caractéristiques sont les suivantes:

VDS ID

VGS = 0V

V

GS = -2V

V

GS = -4V0,8 mA0,4 mA0,1 mA

0,1V0

1. Déterminer les résistances r

ds du canal entre le drain et la source pour les différentes valeurs de V GS.

2. On utilise le transistor dans le montage suivant:

R= 1kW

VGSVEVS

La tension d"entrée est sinusoïdale d"amplitude 50mV. Préciser les tensions de sortie et l"atténuation V

S/VE pour chaque valeur de la polarisation VGS.

exercice 9.4 Etude d"un montage amplificateur. Un JFET est caractérisé dans la région de saturation par l"expression suivante du courant de drain de saturation : ( )I mAVDGS= +(

30 110

2 . avec VGS (en volts) < 0. La limite de la région de saturation est donnée par : V

DS = VGS - VP (VGS et VP

< 0).

1. Donner les valeurs numériques de I

DSS et VP pour ce transistor.

2. On monte ce transistor dans un circuit à polarisation automatique avec une tension

d"alimentation V DD = 30 V. La résistance de source RS est découplée par un condensateur d"impédance nulle en alternatif. Faire le schéma. On désire que le point de polarisation corresponde à V GS0 = -4 V et VDS0 = 15 V. Calculer les valeurs qu"il convient de donner aux résistances R

S et RD.

3. Pour constituer R

S et RD, on utilise deux résistances de la série normalisée suivante : 1, 1.2,

1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2, 10, 12, 15, ... Déterminer alors les valeurs

exactes de V

GS0, ID0 et VDS0.

4. Calculer la pente ou la transconductance du JFET à V

GS0.

5. Donner le schéma équivalent en petits signaux (basses fréquences) du montage. On donne

pour le JFET r ds = 20 kW (rds = 1/gds).

6. Quelle est la résistance de sortie r

S de l"amplificateur ainsi constitué (la sortie est prélevée sur la connexion de drain) ?

7. On branche une résistance d"utilisation R

L par l"intermédiaire d"un condensateur de liaison C L à la sortie de l"amplificateur. Quelle doit être l"amplitude de la tension sinusoïdale d"entrée pour que la puissance P L fournie à RL soit de 1,2 mW (RL = rs en sortie) ?

8. Construire dans le plan (I

D, VDS) la droite de charge statique puis le segment utile de la

droite de charge dynamique. Faire apparaître les positions extrêmes des variations des

points de fonctionnement ainsi que les valeurs numériques correspondantes (correspondant

à la question 7).

exercice 9.5 Soit le transistor à effet de champ BFR31 dont les caractéristiques sont les suivantes :

1. Donner les valeurs numériques typiques de I

DSS et de VP tension de pincement.

2. Ce transistor présente-t-il un canal n ou p ?

3. On polarise ce transistor au point B des caractéristiques. Le transistor est-il utilisé en

résistance variable ou en amplificateur ?

4. Dans le modèle théorique, on rappelle que le courant de drain de saturation est donné par la

relation I IV

VDS DSSGS

P= -( ))1 2 . Donner la définition de la transconductance gm du transistor, puis déterminer sa valeur numérique au point de fonctionnement à partir de son expression analytique. Comparer à la valeur numérique que l"on déduit des caractéristiques. 5.

Dessiner le schéma équivalent en petits signaux du transistor polarisé en B. Préciser sur ce

schéma la valeur numérique des différents éléments. 6. On utilise un schéma de polarisation automatique donné ci-dessous : SD GRd V DD RsRg On désire que le point de fonctionnement soit effectivement en B. On prend V

DD = 10 V.

Déterminer les valeurs des résistances Rd et Rs. Quelle valeur de Rg faut-il choisir ? exercice 9.6 On polarise un transistor à effet de champ au moyen de trois résistances R

1, R2 et RL.

SD GR 1ID

VDD = 20 V

R LR2 Le réseau de caractéristiques du transistor est le suivant :

1. Ecrire l"équation de la droite de charge du transistor ID = f(VDS).

2. Tracer la droite de charge passant par le point ID = 4 mA, VDS = 0 V. Choisir le point de fonctionnement au milieu de la zone utilisable. En déduire la valeur de la tension V GS. 3.

En déduire la valeur de RL.

4. Déterminer le rapport x = R1 / R2 des résistances de polarisation. Calculer R1 en sachant que R

2 = 120 kW.

5. Le montage de la figure ci-dessous modifie-t-il le point de fonctionnement choisi en 2 ? Quel est l"intérêt de ce montage par rapport au précédent ? S DG R1ID VDD VS VE CE Ce RL Rg R2 exercice 9.7

On étudie la polarisation du montage suivant :

SD GR 1

VDD = 15 VR

D

VeVSRSR2

Le réseau de caractéristiques du transistor est le suivant : 1. Polarisation du transistor. Ecrire l"équation de la droite de charge statique du transistor et tracer la droite qui passe par le point I

D = 10 mA, VDS = 0 dans le réseau de

caractéristiques. 2. Choisir le point de fonctionnement de telle manière que l"excursion en petits signaux soit maximale. 3. Donner alors les valeurs de VGS, VDS, ID au point de fonctionnement. 4.

En déduire la valeur de RD + RS.

5. Stabilisation du point de repos. Le constructeur donne les valeurs extrêmes de ID = f(V GS). On désire que l"écart entre les valeurs maximales et minimales du courant du point de repos soit le plus faible possible. Par une simple construction graphique, montrer que l"on doit choisir simultanément le rapport x = R

1 / R2 le plus petit possible et RS la plus

grande possible.quotesdbs_dbs5.pdfusesText_9