TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP

TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP La dénomination « transistor à effet de champ » (TEC ou FET) regroupe deux types de transistors : le TEC à jonction (JFET) le TEC à grille isolée (IGFET : insulated gate FET, MOSFET : Métal Oxyde Semiconductor FET) Comparaison au transistor bipolaire :

LE TRANSISTOR - AlloSchool

base et émetteur C'est l'effet transistor qui permet à la diode qui est en inverse de conduire quand une tension est appliquée sur la base NPN PNP On peut considérer le transistor comme l’association de deux diodes dont la représentation ci-dessus peut aider 9-transistor odt 2

Cours Electronique 1 : Transistor Bipolaire

(quelques dixièmes de volt) Toute augmentation de IB est pratiquement sans effet sur la valeur de IC Le transistor se comporte, entre collecteur et émetteur, comme un interrupteur fermé On note : VVCE CEsat≈ - Le point B pratiquement sur 1'axe des VCE IC est très faible Le transistor est bloqué II se

Semiconducteurs - Valentin Gies

Transistor à effet de champs (JFET ou MOSFET) : source de courant pilotée en tension Valentin Gies EEA - Seatech - Université de Toulon Semi-conducteurs Diodes

Polarisation d’un Transistor - Technologue Pro

L'intersection de cette droite avec la caractéristique de sortie du transistor (correspondant au courant IB0 d'entrée) définit le point de repos en sortie M caractérise par IC0 et VCE0 Figure V-2 2 Réalisations pratiques de la polarisation : Le montage de la figure V-1 est fonctionnel, mais il nécessite deux sources de tension En

République Algérienne Démocratique et Populaire

chapitre introduit les notions de base à la compréhension du transistor à effet de champs, les différents types sont ainsi présentés et détaillés allant d’un simple JFET au E MOSFET

ÉLECTRONIQUE ANALOGIQUE - Dunod

8 Transistors à effet de champ (TEC) 143 8 1 Description, symboles, fonctionnement et caractéristiques 143 8 2 Polarisation du transistor à effet de champ (exemple du JFET à canal n) 150 8 3 L’amplification par transistor à effet de champ 152 8 4 Le transistor FET utilisé comme source de courant 154

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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 TEC

à 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).tr

ès forte impédance d'entrée (M).

facteur de bruit inf

érieur au transistor bipolaire.facteur de m

érite (produit G x BP) inférieur au transistor bipolaire.La d

énomination " transistor à effet de champ » (TEC ou FET) regroupe deux types de transistors :

le TEC

à jonction (JFET)le TEC

à grille isolée (IGFET : insulated gate FET, MOSFET : Métal Oxyde Semiconductor FET)

Comparaison au transistor bipolaire :

ès forte impédance d'entrée (M).

facteur de bruit inf

érieur 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 - Principe

Le TEC est r

éalisé dans un barreau de semiconducteur dop

é (N sur l'exemple cicontre). Sa conductance d

épend du taux de dopage et des dimensions du

barreau.En sourcedrain

Pour 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 pp

Vgggrille

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 P

Remarque : 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 P

Remarque : le sens de la fl

èche représente la diode qui doit être polarisée en inverse.D SGID ISVDS VGS

VGS < 0 VDS > 0ID > 0D

SGID ISVDS VGS trous

VGS > 0 VDS < 0ID < 0

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.04JFET

I.3 - Fonctionnement

pour VDS = 0

VGS = 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 (imp

édance 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 = 0

VGS = 0VGS < 0VGS = VGSoff

La conductance maximale du barreau est obtenu pour VGS = 0. Lorsque la tension VGS devient n

égative, 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 (imp

édance 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 pp

VggGzone d

éplétée en porteur

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.05JFET

pour VDS > 0

➀ 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 cot

é du drain. La zone de d

étrécit et le courant est limité.En

SD pp GEn SD pp GEn SD pp G

Polytech'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 VGSID

VDSVGSVDSmaxVpVGSoffVGS = 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 r

ésistance :zone C : apparition du pincement

zone S : zone lin éaire ou de saturation, le TEC se comporte comme une source de courant command

ée en tension (VDS > VP)

zone A : zone d'avalanche r

éseau 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 r

ésistance :zone C : apparition du pincement

zone S : zone lin éaire ou de saturation, le TEC se comporte comme une source de courant command

ée en tension (VDS > VP)

zone A : zone d'avalanche r

éseau de transferté

RDS≈VP

IDS

ID=IDSS1-VGS

VGSoff2

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 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. II - Polarisation

II.1 - Polarisation par la grille

On applique une tension de grille

constante : VGG

Compte 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

VDS

VGSRDVDD

VGGID

VDSVGSVDSmaxIDSS

VGGQ1

Q2droite de chargetransistor 1

transistor 2

Polytech'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 automatique

Le 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.ID

VDSRDVDD

RSRGID

VDSVGSVDSmaxIDSS

Q2droite 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 ID

VDSRDVDD

RSR2R1ID

VDSVGSVDSmaxIDSS

Q2droite de charge

VG=VDD

R1R2

ID=VG-VGS

RS avecVGS0

Polytech'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.ID

VDSRDVDD

RG VSSID

VDSVGSVDSmaxIDSS

Q1Q2droite de charge

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.012JFET

III - Le TEC en régime dynamiqueCette

étude consiste à analyser le fonctionnement d'un transistor polarisé en zone de saturation lorsqu'on applique de petites variations

à l'une des grandeurs é

lectriques.III.1 - Mod èle en régime dynamiqueavec :III - Le TEC en r

égime dynamiqueCette

étude consiste à analyser le fonctionnement d'un transistor polarisé en zone de saturation lorsqu'on applique de petites variations

à l'une des grandeurs é

lectriques.III.1 - Mod

èle en régime dynamiqueavec :

gm=ids vgs ∣vds=0 : transconductancegds=ids vds ∣vgs=0 : admittance du drainIDS

VDSVGSVpVGS = 0 V

VGS = 1 V

VGS = 2 V

VGS = 3 VIDSS

Dans la zone lin

éaire, le TEC se comporte comme une source de courant command ée par la tension VGS ⇒ ID = f(VDS , VGS) . ⇒IDS=∂IDS ∂VGS VGS∂IDS ∂VDS VDSVDS = cste ⇒ids=gmvgsgdsvds

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.013JFET

On en déduit le schéma équivalent :Les param

ètres gm et gds peuvent êtred

éterminés sur le réseau de caractéristiquesau point de polarisation du transistor.

Le param

ètre gm peut aussi être calculé à partir de l'équation :D'o

ù pour VGS = 0 :

et pour VGS ≠ 0 :

On en d

éduit le schéma équivalent :Les param

ètres gm et gds peuvent êtred

éterminés sur le réseau de caractéristiquesau point de polarisation du transistor.

Le param

ètre gm peut aussi être calculé à partir de l'équation :D'o

ù pour VGS = 0 :

et pour VGS ≠ 0 :

VDSVGSIDSS

vgsid vdsgds gm.vgsQP

ID=IDSS1-VGS

VGSoff2

gmo=-2IDSS

VGSoff

gm=gmo1-VGS

VGSoff0,1 à 20 mA/Vgm

gds1 à 10 µS (0,1 à 1 M)

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.014JFET

Lorsque la fréquence augmente, il faut prendre en compte les capacités parasites. Toute jonction PN polaris

ée en inverse constitue un condensateur. Pour le TEC, on consid ère deux condensateurs parasites, l'un entre grille et source, l'autre entre grille et drain. La valeur de CGD est faible ( < pF ), mais elle peut devenir tr

ès gênante par effet Miller.Lorsque la fr

équence augmente, il faut prendre en compte les capacités parasites. Toute jonction PN polaris ée en inverse constitue un condensateur. Pour le TEC, on consid ère deux condensateurs parasites, l'un entre grille et source, l'autre entre grille et drain. La valeur de CGD est faible ( < pF ), mais elle peut devenir tr

ès gênante par effet Miller.CGD

CGSvgsid

vdsgds gm.vgsCGD CGS

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.015JFET

III.2 - Montages fondamentaux

Comme pour le transistor bipolaire, il existe trois montages types pour le TEC.III.2 - Montages fondamentaux

Comme pour le transistor bipolaire, il existe trois montages types pour le TEC.T bipolaireTEC

émetteur communsource commune

collecteur commundrain commun base communegrille commune

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.016JFET

III.2.1 - Montage source commune

RS : résistance d'autopolarisationVGS = VGM - VSM = RS ID

III.2.1 - Montage source commune

RS : résistance d'autopolarisationVGS = VGM - VSM = RS ID vsRDE

RSRgveRchCleCls

CSG SD vsgds gm.vgsvgsveRDRgRchG SDSch

éma équivalent en dynamiqueIDS

VDSdroite de charge statique

droite de charge dynamique pente : 1/RD droite de charge dynamique avec Rch E

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.017JFET

III.2.2 - Montage drain commun

RS : résistance d'autopolarisationVGS = VGM - VSM = RS ID

III.2.2 - Montage drain commun

RS : résistance d'autopolarisationVGS = VGM - VSM = RS ID vsE

RSRgveRchCLe

CLsG SD vsgds gm.vgsvgs veRSRgRchGS DSch

éma équivalent en dynamiquevsgds

gm.vgsvgsve RSRg RchG

SDsource E d

ésactivée

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.018JFET

III.2.3 - Montage grille commune

vsgdsgm.vgsvgsveRDRSRch

GSDSchéma équivalent en dynamiquevsgds

gm.vgsvgs veRSRchG SD

RDsource E d

ésactivéevsRDE

RSRgveRchCLeCLs

CgG SD

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.019JFET

III.3 - Propriétés des montagesIII.3 - Propriétés des montages source Cdrain Cgrille C moyennefaibleforte négatif fort (-100)positif (1)positif fort (100)

ZERGforte (> RG)faible (<< RG)

ZS Av

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.020JFET

IV - Le TEC en commutation analogique

On utilise le TEC comme un interrupteur. Pour obtenir ce mode de fonctionnement, la tension VGS prend seulement deux valeurs : zéro ou une valeur inférieure à VG S o f f . De cette mani ère le TEC fonctionne en région ohmique ou en blocage.Lorsque le TEC est bloqu é, le courant IDS est nul, on peut donc considérer que le transistor est équivalent à un circuit ouvert.Lorsque le TEC fonctionne en r égion ohmique, le transistor se comporte comme une r ésistance de valeur RD S (à condition que VD S reste faible).

Le TEC est donc

équivalent au montage suivant :Pour VGS = 0 , l'interrupteur est ferm é.Pour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert.IV - Le TEC en commutation analogique On utilise le TEC comme un interrupteur. Pour obtenir ce mode de fonctionnement, la tension VGS prend seulement deux valeurs : z éro ou une valeur inférieure à VG S o f f . De cette mani ère le TEC fonctionne en région ohmique ou en blocage.Lorsque le TEC est bloqu é, le courant IDS est nul, on peut donc considérer que le transistor est équivalent à un circuit ouvert.Lorsque le TEC fonctionne en r égion ohmique, le transistor se comporte comme une r ésistance de valeur RD S (à condition que VD S reste faible).

Le TEC est donc

équivalent au montage suivant :Pour VGS = 0 , l'interrupteur est ferm é.Pour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert.DSRDSDSI

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.021JFET

VI.1 - L'interrupteur shunt

Pour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert : Vout = Vin Pour VGS = 0 , l'interrupteur est fermé. Si RD >> RDS , VDS reste faible donc le transistor fonctionne bien en zone ohmique : Vout ≈ 0.VI.1 - L'interrupteur shunt Pour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert : Vout = Vin Pour VGS = 0 , l'interrupteur est fermé. Si RD >> RDS , VDS reste faible donc le transistor fonctionne bien en zone ohmique : Vout ≈ 0.vinvoutVGSRD vinvoutRD I RDS

Polytech'Nice SophiaC. PETER - V 3.022JFET

VI.2 - L'interrupteur sériePour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert : Vout ≈ 0.

Pour VGS = 0 , l'interrupteur est ferm

é. Si RD >> RDS , VDS reste faible donc le

transistor fonctionne bien en zone ohmique : Vout = Vin .

Le rapport onoff de l'interrupteur s

érie est supérieur à celui de l'interrupteur shunt.VI.2 - L'interrupteur s ériePour VGS < VGSoff , l'interrupteur est ouvert : Vout ≈ 0.

Pour VGS = 0 , l'interrupteur est ferm

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