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Transístores JFET

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by

Pedro Luis

on 25 October 2016

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Transcript of Transístores JFET

JFETs
Os JFETS sofrem menos os efeitos da temperatura do que os transistores bipolares. Além disso, os JFETs são tipicamente menores, essa diferença de tamanho torna-os particularmente adequados para utilização dos CIs, quando o tamanho do componente é crítico. Ele tem uma resistência de entrada de centenas de megaohms, essa é a sua maior vantagem em um transistor bipolar, sobressaem em aplicações em que uma alta impedância de entrada é necessária. Sua maior função é chamada de seguidor de fonte, um circuito como o seguidor de emissor, exceto que a impedância de entrada é centenas megaohms em baixa frequência.
Transístores de Efeito de Campo [JFET]
GRUPO 1
André Augusto Vieira
Bruno Gervazio
Felipe Santos Camilo
Jordan Henrique
Juliana Torres Borges
Leonardo Baccari Ortigoza
Lincoln Rembrandt
Luiz Gustavo Anibal
Nilo Cesar da Cunha
Pedro Luis Calesco Bini
Valdir de Carvalho

Introdução aos
Transístores de Efeito
de Campo [FET]
É unipolar, pois depende de apenas um tipo de carga
elétrons livres
lacunas
Apesar de o BJT (Transístor de Junção Bipolar) ser o mais preferido, o FET é ideal em algumas aplicações lineares pois:
Possui alta impedância de entrada;
É ótimo para aplicações em chaveamento;
Pode entrar em corte mais rápido, visto que não há carga armazenada para ser retirada da área de junção.
Noções Básicas
Na imagem, mostra-se a pastilha do JFET à esquerda e com polarização normal à direita. A primeira pastilha é uma semicondutora tipo n, o terminal inferior é chamado de fonte(source), enquanto o superior é chamado de dreno (drain). A tensão de alimentação Vdd força elétrons livres a circular da fonte para o dreno. A figura à esquerda mostra uma tensão de polarização normal para um JFET. A tensão de alimentação no dreno é positiva e a tensão da porta (regiões p conectadas internamente para obter um único terminal externo simples) é negativa.
A relação das camadas de depleção em torno funde de cada região p são chamadas de efeito de campo, elas existem porque os elétrons livres se difundem da região n para p. A recombinação de elétrons livres e lacunas criam as camadas de depleção. A polarização reversa da porta é quando tem a formação de porta-fonte, ou seja, forma-se com a porta tipo p e a fonte tipo n. Sempre reverso, com isso, uma corrente quase zero e uma resistência infinita. As camadas de depleção são geralmente mais largas próximo da parte superior do material tipi p e mais estreitas na parte inferior, a razão para variação na largura pode ser compreendida a corrente no dreno produzira uma queda de tensão mais positiva. Como sua largura é proporcional ao valor da tensão de polarização reversa, a junção pn deve ser mais larga na parte superior, em que o valor reverso é maior. Quando a tensão da porta se torna mais negativa, as camadas de depleção se expandem e o canal de condução torna-se mais estreito. Quanto mais negativa for a tensão na porta, menor a corrente entre a fonte e o dreno. Ele é controlado por tensão, onde a entrada controla a saída.
Introdução
Curvas do Dreno
JFET em polarização normal obtem a corrente no dreno máxima porque Vgs é igual a tensão de alimentação da porta Vgg e a tensão dreno-fonte Vds é igual a tensão de alimentação do dreno Vdd. A tensão de estrangulamento Vp é o ponto em que aumentos maiores em Vds são compensados por aumento proporcional na resistência do canal, ou seja, se a resistência do canal está aumentando na proporção direta de Vds acima de Vp’ o valor de Id deve permanecer o mesmo de Vp.
Para a obter a corrente máxima de dreno precisamos conectar a parta e o dreno em curto, deixando Vgs= 0 e teremos a corrente no dreno máxima. A corrente permanece sempre constante, pois quando Vds aumenta, as camadas de depleção se expandem, Vds=Vp’, quase se tocam, esse canal estreito evita que a corrente aumente. Sua região ativa é entre Vp e Vds(max).

A tensão de estrangulamento separa as duas principais regiões do JFET. A região quase horizontal é a região ativa. A parte quase vertical da curva de dreno abaixo do estrangulamento é chamada de região ôhmica.

Além disso, Rds é chamada de Resistência ôhmica do JFET.
Curvas do Dreno
Como mostra a figura abaixo, as curvas de dreno para um JFET com uma Idss de 10mA. A curva de cima é sempre Vgs = 0, a condição de porta em curto. Nesse exemplo, a tensão de estrangulamento é de 4V e a tensão de ruptura é de 30V. A curva imediatamente abaixo é de Vgs = -1V, a próxima de -2V, ou seja, quanto mais negativa a tensão porta-fonte, menor a corrente de dreno.
Observa-se que a curva não é linear porque a corrente aumenta mais rápido para Vgs quando aproxima de zero.
Em virtude da função elevada ao quadrado são chamados de dispositivos quadráticos.
Observa-se que a curva não é linear porque a corrente aumenta mais rápido para Vgs quando aproxima de zero.
A curva de transcondutância de um JFET é um gráfico de Id versus Vgs fazendo a leitura dos valores de ID e Vgs para cada curva de dreno, podemos traçar a curva como mostra a figura:
Polarização da Porta
Polarizado na região ôhmica, o JFET é equivalente a uma resistência.

Polarizado na região ativa, o JFET é equivalente a uma fonte de corrente.
Região Ativa
Pior maneira de polarizar um JFET;
Ponto Q é instável.
Polarização
Polarização na região ôhmica
Quando JFET esta polarizado na região ôhmica podemos substituí-lo por uma resistência Rds
• Podemos calcular a tensão de Dreno
• Quando Rds é muito menor que Rd, a tenção no dreno é Próxima a 0.

Tensão negativa na porta –Vgg é aplicada na porta por um resistor de polarização Rg estabelecendo corrente do dreno que é menor que Idss, quando corrente do dreno circula por Rd estabelece uma tenção no dreno de:
Vd = Vdd – Id.Rd
Saturação Forte na região ôhmica
• Polarização da porta é perfeita na região ôhmica;
• Estabilidade no ponto Q não importa;
• Ponto superior da reta de carga cc tem uma corrente de saturação de dreno de:
• Estabelecer Vgs = 0

Id(sat) << Idss
Corrente de dreno de sat deve ser muito menor que a corrente de dreno máxima.
Polarização da Fonte
Similar a polarização de emissor com duas alimentações.
Para a polarização funcionar bem, Vss tem que ser muito maior do que Vgs. Entretanto, uma faixa de variação típica para Vgs é de 1 a 5V, logo você pode ver que uma realimentação perfeita não é possível com as tensões de alimentação típicas.
Logo, a estabilidade máxima na polarização requer um Vss tão grande quanto possível e um Vgs também tão pequeno quanto possível.
A corrente de dreno é dada por:

JFET como chave analógica
O JFET funciona também como uma chave analógica que transmite ou bloqueia um pequeno sinal ca. Essas chaves podem ser Paralela ou em Série.
Introdução - Chave Paralela
Chave Paralela:
O JFET pode estar conduzindo ou em corte. O estado em que ele vai estar depende do valor de VGS. Se o valor de VGS for alto, o JFET opera na região ôhmica e a chave fica fechada, fazendo com que a tensão de saída vout seja muito menor do que a tensão de entrada vin, já quando o VGS tiver um valor baixo ele estará em corte e a chave estará aberta, fazendo com que a tensão de saída vout seja igual a tensão de entrada vin.
Introdução - Chave em Série
Chave em série:
Assim como na chave paralela, o que vai decidir se o JFET estará atuando como uma chave aberta ou fechada será o VGS. Quando o VGS tiver um valor alto, a chave estará fechada e o JFET será equivalente a uma resistência RDS, fazendo com que a tensão de saída seja quase igual a tensão de entrada. E quando VGS tiver um valor baixo, JFET estará em corte e a tensão de saída vout será quase igual a zero.
JFET como chave aberta em série
Um circuito recortador com JFET converte uma tensão de entrada de pulso retangular em uma tensão de saída recortada. Isso ocorre por causa da tensão na porta ser quadrada e que liga e desliga o JFET continuamente, recortando assim a onda de entrada.
Recortador (Chopper)
Outas Aplicações do JFET
Resistência controlada por tensão
Opera com tensão 0V para garantir saturação forte


Usando JFET entre 0V e Vgs(corte)

Resistência controlada por tensão
Para Vgs = 0V:
Para Vgs = -2V:
Para Vgs = -4V:
A medida que Vgs fica mais negativa, rds aumenta e torna-se maior que Rds
Na região ôhmica o JFET opera como uma resistencia controlada por tensão

Controle automático de ganho
Principalmente utilizado para evitar mudanças indesejáveis no volume:

Transcondutância
Introdução - Transcondutância
Autopolarização
Amplificadores com JFET precisam ter o ponto Q na região ativa. E a polarização da porta é descartada por causa da diversidade nos parâmetros do JFET. Então é necessário utilizar outros métodos de polarização, alguns até parecidos com os transistores bipolares.
Polarização na região ativa
Como a corrente no dreno circula pelo resistor da fonte RS, existe uma tensão entre a fonte e o terra, dada por:

VS = ID*RS

Como VG é igual a zero, por causa da precisão na escolha da técnica de análise ter usado valores ideais e aproximações do circuito,

VGS = -ID*RS

Essa equação informa que o circuito cria sua própria polarização usando a tensão desenvolvida na fonte em RS para inverter a polarização na porta.

Polarização na região ativa
Quando as curvas de transcondutância de um JFET são conhecidas, pode-se analisar o circuito de autopolarização usando os métodos gráficos. Suponha que um JFET com autopolarização tenha a curva de transcondutância mostrada na figura:
Polarização na região ativa
Para determinar o ponto Q de qualquer JFET autopolarizado é necessário seguir os seguintes passos:
1. Multiplique IDSS por RS para obter VGS para o segundo ponto;
2. Plote o segundo ponto (IDSS, VGS);
3. Desenhe a reta pela origem e o segundo ponto;
4. Leia as coordenadas do ponto de intersecção.
O ponto que com autopolarização não é totalmente estável. Por isso a autopolarização é usada para os amplificadores de baixo sinal.

A curva de transcondutância de um JFET é um gráfico de Id versus Vgs. Todo JFET tem uma curva como o da figura apresentada, sendo definida por:
Em virtude da função elevada ao quadrado nesta equação, os JFETS são frequentemente chamados de dispositivos quadráticos. A função quadrática produz a curva não-linear da figura apresentada.
Transcondutância
Podemos traçar uma curva para cada curva de dreno, como exemplificado na figura.


A curva não é linear, pois a corrente aumenta mais rápido quando Vgs se aproxima de zero.

Transcondutância
Nesta figura, é exemplificado uma curva de transcondutância normalizada, significando que o gráfico é traçado usando razões como Id/Idss e Vgs/Vgs(corte). O ponto de meio corte será:
Produzindo uma corrente normalizada de:
Ou seja, quando a tensão na porta é metade da tensão de corte, a corrente no dreno é um quarto do valor máximo.
Outas Aplicações do JFET
Multiplexação
Em um multiplexador analógico, cada JFET funciona como uma chave me serie. Os sinais de controle fazem os JFETs ligar e desligar. Quando um sinal de controle é alto, o sinal de entrada e transmitido para a saída. Normalmente , apenas um dos sinais de controle e alto, isto garante que apenas um dos sinais de entrada será transmitido para a saída.
Amplificadores Recordadores
Podemos montar um amplificador com a acoplamento direto deixando fora os capacitores de acoplamento e de desvio e conectando a saída de cada estágio diretamente na entrada do próximo estágio. Assim, as tensões cc são acopladas, como se fossem tensão ca. A maior desvantagem do acoplamento e a deriva, um deslocamento baixo no final da tensão de saída cc produzida pelas mínimas variações na tensão da fonte, parâmetros de transistor e variação na temperatura.
Amplificador Reforçado (Buffer)
Idealmente, um reforçador deve ter uma alta impedância de entrada e ter uma baixa impedância de saída do estágio A isso garante que toda sua tensão de saída chegue a até a entrada do estágio B.
O seguidor de fonte é um excelente amplificador reforçado pela sua alta impedância de entrada e sua baixa impedância de saída. Uma alta impedância de entrada significa que o efeito de carga no estágio A e leve. Uma baixa impedância de saída significa que o reforçador pode acionar cargas pesadas.

Amplificador de Baixo Ruído
O JFET é um excelente dispositivo para baixo ruído por que produz muito menos ruído do que um transistor bipolar. O baixo ruído é muito importante no estágio inicial dos receptores porque os estágios posteriores amplificam os ruídos do estágio anterior junto com o sinal. Se usarmos um amplificador JFET no estágio inicial, obteremos ruídos menos amplificados na saída final. Os JFETs são quase sempre usados para amplificador VHF/UHF, misturadores e osciladores.
QUIZ
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