JFET

JFET
JFET
JFET canal N.
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JFET ou junção FET é um transistor de efeito de campo que usa materiais portadores de carga colocados perpendicularmente e em contato direto com seu canal para que se possa controlar a passagem de corrente elétrica. Esses materiais podem ser do tipo P (dopado positivamente) ou do tipo N (dopado negativamente) dependendo da dopagem de seu canal, pois eles sempre serão o oposto. Com esses materiais colocados em contato direto com o canal, cria-se uma zona de depleção que é influenciada pelas tensões injetadas no Canal, fazendo com que elas se "abram" ou "fechem" mais, influenciando assim na resistência do canal do JFET.[1]

História do JFET

Esquema simplificado de um transistor de junção ao transistor de efeito de campo (JFET); S - Fonte, D - Dreno, G - Canal; 1. A carga espacial 2. Canal[2]
JFET's do tipos P e N.

O JFET foi previsto por Julius Lilienfeld em 1925 e em meados da década de 1930 a sua teoria da operação foi suficientemente conhecida para justificar uma patente. No entanto, não foi possível por muitos anos para fazer cristais dopados com precisão suficiente para mostrar o efeito. Em 1947, pesquisadores John Bardeen, Walter Houser Brattain, e William Shockley estavam tentando fazer um JFET quando descobriram a transistor ponto de contato. A primeira prática JFETs foram feitos muitos anos mais tarde, a despeito de sua concepção muito antes do transistor de junção. Até certo ponto, ela pode ser tratada como um híbrido de um MOSFET (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor) e um BJT embora um IGBT assemelha-se mais das características híbridas.

Modelo Matemático

A corrente de um JFET-N devido a uma pequena tensão VDS (isto é, na região linear óhmica) é dada pelo canal, sendo um material rectangular com condutividade elétrica dada q N d μ n {\displaystyle qN_{d}\mu _{n}} , temos:[3]

I D = b W L q N d μ n V D S {\displaystyle I_{D}={\frac {bW}{L}}qN_{d}\mu _{n}V_{DS}}

Onde

I D =  Corrente entre a fonte e dreno  {\displaystyle I_{D}={\text{ Corrente entre a fonte e dreno }}}
b =  Espessura do canal para uma dada tensão no canal  {\displaystyle b={\text{ Espessura do canal para uma dada tensão no canal }}}
W =  Largura do canal  {\displaystyle W={\text{ Largura do canal }}}
L =  Comprimento do canal  {\displaystyle L={\text{ Comprimento do canal }}}
q =  Carga do elétron  = 1.6 ⋅ 10 − 19   C {\displaystyle q={\text{ Carga do elétron }}=1.6\cdot 10^{-19}~C}
μ n =  Mobilidade dos eléctrons {\displaystyle \mu _{n}={\text{ Mobilidade dos eléctrons}}}
N d =  Concentração da dopagem do tipo n (doador)  {\displaystyle N_{d}={\text{ Concentração da dopagem do tipo n (doador) }}}

A corrente de dreno na região de saturação é muitas vezes uma aproximação em termos de polarização do canal e dada como:[3]

I D S = I D S S ( 1 − V G S V P ) 2 {\displaystyle I_{DS}=I_{DSS}\left(1-{\frac {V_{GS}}{V_{P}}}\right)^{2}}

Onde

I D S S {\displaystyle I_{DSS}} é a corrente de saturação em tensão entre o canal e a fonte for zero.

Na região de saturação, a corrente do dreno do JFET é mais significativamente afectada pela tensão entre o canal e fonte e pouco afectada pela tensão entre dreno e fonte.

Se o canal de dopagem é uniforme, de tal modo que a espessura da região de depleção vai crescer proporcionalmente à raiz quadrada (o valor absoluto) da tensão entre o canal e fonte, em seguida, a espessura do canal b {\displaystyle b} pode ser expressada em termos da espessura do canal a {\displaystyle a} quando a tensão tende para zero, desta forma :

b = a ( 1 − V G S V P ) {\displaystyle b=a\left(1-{\sqrt {\frac {V_{GS}}{V_{P}}}}\right)}

Onde

V P {\displaystyle V_{P}} é a tensão pinch-off ou tensão de constrição, a tensão entre o canal e fonte, esta é a tensão a qual resulta no estrangulamento do canal, V P = V D S {\displaystyle V_{P}=V_{DS}} .[4]
a {\displaystyle a} é a espessura do canal devido a tensão entre o canal e fonte.

Em seguida, a corrente de dreno na região linear óhmica pode ser expressa como:

I D = b W L q N d μ n V D S = a W L q N d μ n ( 1 − V G S V P ) V D S {\displaystyle I_{D}={\frac {bW}{L}}qN_{d}{{\mu }_{n}}V_{DS}={\frac {aW}{L}}qN_{d}{{\mu }_{n}}\left(1-{\sqrt {\frac {V_{GS}}{V_{P}}}}\right)V_{DS}}

ou (em termos de I D S S {\displaystyle I_{DSS}} )

I D = 2 I D S S V P 2 ( V G S − V P − V D S 2 ) V D S {\displaystyle I_{D}={\frac {2I_{DSS}}{V_{P}^{2}}}\left(V_{GS}-V_{P}-{\frac {V_{DS}}{2}}\right)V_{DS}}

Ver também

Referências

  1. ↑ FET – Transistor de Efeito de Campo
  2. ↑ Stacewicz T., Kotlicki A., Elektronika w laboratorium naukowym, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 1994, ISBN 83-01-11531-9
  3. ↑ a b Balbir Kumar and Shail B. Jain (2013). Electronic Devices and Circuits. [S.l.]: PHI Learning Pvt. Ltd. pp. 342–345. ISBN 978-812-034-844-8 
  4. ↑ JFET
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