Les transistors à effet de champ

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1 Les transistors à effet de champ Intro : Transistors bipolaires Transistors à effet de champ Faible impédance d entrée source de courant commandée en tension Impédance d entrée élevée ource de courant commandée en tension I) Transistors à effet de champ à jonction TEC JFET (Junction Field Effect Transistor) P/N N/P - JFET Canal N - JFET Canal P P/N Composition : Un morceau de cristal de silicium dopé, appelé canal, entouré de 2 cristaux de silicium dopés différemment. Les 2 zones qui entourent le canal sont reliées entre elles et forment la grille de JFET. 2 électrodes déposées sur le canal forment le drain et la source de JFET ymbole : JFET Canal N II) Caractéristiques des transistors à effet de champ. Cas du JFET canal N

2 P N P Principe : Canal constitue un dipôle qui sera conducteur selon la valeur de la tension entre la grille et la source V. i V C V 0 = Le canal rain-ource est conducteur i V V C = Le canal rain-ource est bloqué Rq : Lorsqu il est conducteur, le canal est parcouru par un courant appelé courant de drain et note I V C = tension de blocage = caractéristique du JFET -5V pour un JFET Canal N Lorsque le transistor est conducteur, il présente 2 types de comportements selon la tension de rain et la ource. i 0 V V P, le canal se comporte comme une résistance Le courant de rain est proportionnel à la tension V La valeur de cette résistance dépend de la tension V. On dit que le JFET fonctionne dans sa zone résistive ou ohmique. i V > V P, le courant I dépend presque plus de V et devient donc quasiment constant. On dit que le transistor fonctionne dans sa zone linéaire. Le courant I est alors proportionnel à V. La tension V P est appelée tension de pincement du JFET Elle est de l ordre de 2 à 3 v pour un JFET canal N. Pour une tension V, donnée, le courant de drain I varie en fonction de la tension V selon l équation suivante I = I max (1 V /V C ) 2 I max dépend de V I V V = 0 V 1 V 1 < 0 V 2 < V 1 V 2 < V 1 V = Vc V V (<0) V C Zone ohmique V P zone linéaire

3 III) Polarisation d un transistor à effet de champ Polariser un JFET revient à l insérer dans un montage de sorte que son point de fonctionnement, en régime continu, soit situé dans sa zone de fonctionnement linéaire. Pour un JFET, il faudra que V V P Ex : Circuit de polarisation par résistance de drain I P V CC R I V V Rq : Le courant de grille i est très faible (Haute impédance d entrée) Il est, la plupart du temps, négligé i V est donnée, la caractéristique I = f (V ) est entièrement déterminée I V CC /R roite de charge I 0 V donnée (V 0, I 0 ) = point de fonctionnement V V 0 V e plus, I = (V CC - V )/R = Equation de la droite de charge 1) On considère un JFET a canal N Ce JFET est polarise par une résistance de drain 12 ma 7 ma I V = -2 V V = -3 V V P = 3,5 V V

4 V CC = 15 V Pour chacun des cas suivants, indiquez si le transistor est polarisé dans sa zone linéaire ou non, et donnez la valeur du courant de drain. a) R = 100 Ω V = -2 V b) R = 3 kω V = -2 V c) R = 1 kω V = -3 V V CC = U R + V V = V CC - U R V = V CC I R a) V = x 100 = 13,8 V Oui I = 12 ma b) V = x = -21 V Comme V < 0, le JFET est polarisé dans sa zone ohmique Canal rain-ource Resistance Calcul de la résistance du Canal rain-ource R = 3,5/ = 292 Ω V CC = R I + R I => I = V CC /(R + R ) = 4,6 ma V = R x I = 1,3 V < V P c) Hyp. Polarisation dans zone linéaire V = -3 V => I = 7 ma V = 8 V > 3,5 => Hyp vérifiée Exercices : On considère un JFET à canal N V CC = 15 V R 1 R R 2 R

5 R 1 = 800 kω R 2 = 400 kω R? R? pour que le transistor soit polarisé dans sa zone linéaire si V = -2 V Polarisation zone linéaire => V > 3,5 V I = 12 ma (car V = -2 V) V = V CC. R 2 / (R 1 + R 2 ) = 5 V Comme V = -2 V => V = 7 V => R = 7V/12mA = 583 Ω V > V P V CC R I V > V P R I < V CC V V P R < (V CC V - V P )/I = 375 Ω IV) chéma équivalent en régime linéaire Propriété du régime linéaire Proportionnalité entre le courant de drain et tension V (i.e. JFET parcouru par un courant commandé par une tension) upposons le JFET polarisé dans sa zone linéaire. i on superpose un signal variable v a la tension de polarisation V, des variations i et v apparaissent autour des valeurs continues de polarisation I et V On montre que i = s v + v /ρ = pente dynamique du transistor Transconductance du JFET (de l ordre de 10-3 pour les JFET usuels) ρ = résistance dynamique du transistor. En général, considérée comme i I v ρ v v sv sv

6 Exercices : Montage amplificateur a source commune On suppose le JFET polarisé dans sa zone linéaire éterminer : - Amplificateur en tension et en courant - Impédance d entrée Vcc i 2 R 1 R v 2 C 0 v 1 C R 2 R On pourra poser R 0 = (R 1 R 2 )/(R 1 + R 2 ) i 1 i 0 i i 2 v 1 R 1 R 2 v sv R v 2 ///// R 0. Amplification en tension Av = v 2 /v 1 v 2 = R. i 2 = - R i d = -sr v v 1 = v Av = - sr v /v = -sr. Amplification en courant Ai = i 2 /i 1

7 i 2 = - i = - sv Ai = - s R 0 i 1 = v /R. Impédance d entrée Zc = V e /i e = R 0 Montage amplificateur a source commune avec découplage partiel de la résistance de source Le JFET est polarisé dans sa zone linéaire Rm R C s éterminer : - Amplification en tension Que se passe t-il si Rm>>1/s i i 2 v R 1 R 2 sv R v 2 V 1 Rm ///// Av = v 2 /v 1 v 2 = R i 2 = -sr v v 1 = v + srmv = (1 + srm)v Av = -sr /(1 + srm) si Rm >> 1/s Av = -sr /srm Av = -R /Rm Amplificateur a drain commun Le JFET est polarisé dans sa zone linéaire

8 Vcc R v 2 Amplifications en courant et en tension? Impédance de sortie? i i v sv v 1 R 0 i 2 R v 2 ///// Amplification en tension Av = v 2 /v 1 v 2 = R sv => Av = sr /(1 + s R ) v 1 = v + v e = (1 + sr ).v Amplification en courant Ai = i 2 /i 1 i 2 = sv i 1 = v 1 /R 0 = ((1 + s R )v )/R 0 => Ai = s R 0 /(1 + s R ) Impédance de sortie Zs = -v 2 /i 2 quand on a annulé v 1 V = - v = - v 2 i 2 = s v = -s v 2 Zs = -v 2 /i 2 = -v 2 /-sv 2 = 1/s V) Transistors MO MO = Metal Oxyd emi-conductor

9 ans ces transistors, la grille est isolée par une couche d oxyde de silicium. Le courant de grille est rigoureusement nul. 2 types de MOFET : Canal N Canal P VI) Transistor à effet de champ en commutation 1) Introduction Technologie TTL : (Transistor Transistor Logic) Transistors bipolaires Réputés êtres rapides Très gourmands en énergie Technologie CMO : (Complementary Metal Oxyd semi-conductor) MOFET Faible consommation Composants commandés en tension Impédance d entrée Aujourd hui, les composants sont suffisamment rapides pour les applications courantes 2) Commutation - JFET Canal N Bloqué si v = -5 V Conducteur si v = 0 V - JFET Canal P Bloqué si v = 5 V Conducteur si v = 0 V - MOFET Canal N Bloqué si v = 0 V Conducteur si v = 5 V - MOFET Canal P

10 Bloqué si v = 0 V Conducteur si v = -5 V 3) Portes logiques : Exemples Vcc = 5 V v? si v e = 0 V si v e = 5 V P v e / / / / / N V / / / / / / / / / / i v e = 0 V = v. Transistor P : v = v v = 0 5 = -5 V Conducteur. Transistor N : v = v v = 0 0 = 0 V Bloqué i v e = 5 V = v. Transistor P : v = v v = 5 5 = 0 V Bloqué

11 . Transistor N : v = v v = 5 0 = 5 V Bloqué chéma de la porte NAN? 5 V a b a b / / / / /