JFET – Transistor de Efeito de Campo de Junção

16 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 8 min

O transistor de efeito de campo de junção, JFET, é um componente eletrônico ativo que é um dos cavalos de batalha da indústria eletrônica, proporcionando um bom equilíbrio entre custo e desempenho.

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Nosso tutoral de FETs, Transistores de Efeito de Campo, inclui:

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O transistor de efeito de campo de junção ou JFET é amplamente utilizado em circuitos eletrônicos. O transistor de efeito de campo de junção é um componente eletrônico confiável e útil que pode ser usado com muita facilidade em uma variedade de circuitos eletrônicos, desde amplificadores até circuitos de comutação.

O transistor de efeito de campo de junção está amplamente disponível e esses dispositivos semicondutores podem ser comprados por muito pouco dinheiro. Isso os torna ideais para uso em muitos circuitos eletrônicos onde um bom equilíbrio entre custo e desempenho é de interesse.

Os JFETs estão disponíveis há muitos anos e, embora não ofereçam os níveis extremamente altos de resistência de entrada CC do MOSFET, eles são muito confiáveis, robustos e fáceis de usar. Isso torna esses componentes eletrônicos uma escolha ideal para muitos projetos de circuitos eletrônicos. Além disso, os componentes estão disponíveis em formatos de dispositivo com chumbo e montagem em superfície.

Sumário

Noções básicas de JFET

Basicamente, um transistor de efeito de campo ou FET consiste em uma seção de silício cuja condutância é controlada por um campo elétrico. A seção de silício através da qual a corrente flui é chamada de canal e consiste em um tipo de silício, tipo N ou tipo P.

As conexões em cada extremidade do dispositivo são conhecidas como fonte e dreno. O campo elétrico para controlar a corrente é aplicado a um terceiro eletrodo conhecido como portão.

Como é apenas o campo elétrico que controla a corrente que flui no canal, diz-se que o dispositivo é operado por tensão e possui alta impedância de entrada, geralmente muitos megohms. Esta pode ser uma vantagem distinta sobre o transistor bipolar que é operado por corrente e tem uma impedância de entrada muito menor.

operação JFET

O Junction FET é um dispositivo controlado por tensão. Em outras palavras, as tensões que aparecem no portão controlam a operação do dispositivo.

Os dispositivos de canal N e canal P operam de maneira semelhante, embora os portadores de carga estejam invertidos, ou seja, elétrons em um e lacunas no outro. O caso do dispositivo de canal N será descrito, pois este é o tipo mais comumente usado.

Junção FET, JFET trabalhando abaixo da saturação

A espessura dessa camada varia de acordo com a magnitude da polarização reversa na junção. Em outras palavras, quando há uma pequena polarização reversa, a camada de depleção se estende apenas um pouco no canal e há uma grande área para conduzir a corrente.

Quando um grande viés negativo é colocado na porta, a camada de depleção aumenta, estendendo-se ainda mais no canal, reduzindo a área sobre a qual a corrente pode ser conduzida.

Com o aumento da polarização, a camada de depleção aumentará eventualmente até o ponto em que se estende por todo o canal, e diz-se que o canal está cortado.

Quando uma corrente flui no canal, a situação torna-se ligeiramente diferente. Sem tensão de porta, os elétrons no canal (assumindo um canal do tipo n) serão atraídos pelo potencial positivo no dreno e fluirão em direção a ele, permitindo que uma corrente flua dentro do dispositivo e, portanto, dentro do circuito externo.

A magnitude da corrente depende de vários fatores e inclui a área da seção transversal do canal, seu comprimento e condutividade (ou seja, o número de elétrons livres no material) e a voltagem aplicada.

A partir disso, pode-se ver que o canal atua como um resistor e haverá uma queda de tensão ao longo de seu comprimento. Como resultado, isso significa que a junção pn torna-se progressivamente mais polarizada inversamente à medida que o dreno se aproxima. Consequentemente, a camada de depleção torna-se mais espessa perto do dreno, como mostrado.

À medida que a polarização reversa na porta aumenta, chega-se a um ponto em que o canal é quase fechado pela camada de depleção. No entanto, o canal nunca fecha completamente. A razão para isso é que as forças eletrostáticas entre os elétrons fazem com que eles se espalhem, dando um efeito contrário ao aumento da espessura da camada de depleção.

Depois de um certo ponto, o campo ao redor dos elétrons que fluem no canal se opõe com sucesso a qualquer aumento adicional na camada de depleção. A tensão na qual a camada de depleção atinge seu máximo é chamada de tensão de pinçamento.

Aplicações do circuito JFET

Os JFETs são componentes eletrônicos muito úteis e, como resultado, são usados em muitos projetos de circuitos eletrônicos. Eles oferecem uma série de vantagens distintas que podem ser utilizadas em muitos circuitos.

Polarização simples
Alta impedância de entrada
Barulho baixo

Em vista de suas características, os JFETs são vistos em muitos circuitos, desde amplificadores a osciladores, e comutadores lógicos a filtros e muitas outras aplicações.

Nota sobre o projeto do circuito do transistor de efeito de campo:

Os transistores do transistor de campo podem ser usados em muitos tipos de circuitos, embora as três configurações básicas sejam fonte comum, dreno comum (seguidor de fonte) e porta comum. O projeto do circuito em si é bastante direto e pode ser realizado com bastante facilidade.

Leia mais sobre Projeto de circuito de transistor de efeito de campo

Estrutura e fabricação JFET

Os JFETs podem ser dispositivos de canal N ou canal P. Eles podem ser feitos de maneiras muito semelhantes, com a principal exceção de que as áreas N e P na estrutura abaixo são trocadas.

Freqüentemente, os dispositivos são feitos dentro de um substrato maior e o próprio FET é fabricado conforme mostrado no diagrama abaixo.

Existem várias maneiras pelas quais os FETs podem ser fabricados. Para dispositivos de silício, um substrato fortemente dopado normalmente atua como uma segunda porta.

A região ativa do tipo n pode então ser cultivada usando epitaxia, ou pode ser formada por difusão das impurezas no substrato ou por implantação de íons.

Onde o arsenieto de gálio é usado, o substrato é formado por uma camada intrínseca semi-isolante. Isso reduz os níveis de quaisquer capacitâncias parasitas e permite obter um bom desempenho de alta frequência.

Qualquer que seja o material usado para o FET, a distância entre o dreno e a fonte é importante e deve ser mínima. Isso reduz os tempos de trânsito onde o desempenho de alta frequência é necessário e fornece uma baixa resistência que é vital quando o dispositivo deve ser usado para aplicações de energia ou comutação.

Devido à sua popularidade, os JFETs estão disponíveis em vários pacotes. Eles estão amplamente disponíveis como componentes eletrônicos com chumbo no popular pacote de plástico TO92, bem como em vários outros. Então, como dispositivos de montagem em superfície, eles estão disponíveis em pacotes incluindo SOT-23 e SOT-223. É provavelmente como dispositivos de montagem em superfície que os JFETs são mais amplamente usados. A maior parte da produção em grande escala é realizada usando a tecnologia de montagem em superfície e os dispositivos de montagem em superfície que a acompanham.

Características do JFET

Existem várias características diferentes que são usadas para definir o desempenho de um JFET. As características de saída ou dreno, juntamente com as características de transferência, são fundamentais para a operação desses componentes eletrônicos. Estes são fundamentais para o projeto de circuitos eletrônicos e entendê-los é importante ao usá-los.

Os vários tipos de características do JFET serão abordados separadamente.<.p>

Característica de dreno JFET com porta em curto: há duas maneiras pelas quais a característica de saída de um transistor de efeito de campo de junção pode ser especificada. Um está com o portão em curto para zero volts. Isso fornece uma única curva para o dispositivo semicondutor e mostra como ele opera nessas condições.
Características do dreno JFET com polarização externa: Também é importante entender como a junção FET opera sob condições de diferentes níveis de polarização. Quando isso é feito, são fornecidas curvas para as características sob diferentes níveis de viés.
Característica de transferência JFET: A característica de transferência para um transistor de efeito de campo de junção mostra o efeito das variações de tensão de porta, V_GSM afeta a saída ou corrente de dreno, I_D .

Embora o JFET seja menos popular que o MOSFET e menos JFETs, ainda é um dispositivo semicondutor muito útil. Oferecendo alta impedância de entrada, polarização simples, baixo ruído e baixo custo, ele fornece um alto nível de desempenho que pode ser usado em muitas situações.

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