Chapitre IV Les Transistors à Effet de Champ (FET)

Transcription

1 PHYS-F-314 Electronique Chapitre IV Les Transistors à Effet de Champ (FET) G. De Lentdecker & K. Hanson 1

2 Le Transistor à effet de champ à jonction (JFET) Structure: Fonctionnement: Symbole: La jonction Grille-Source (GS) est toujours polarisée en sens inverse à crée une zone d appauvrissement s étendant dans le canal, ce qui augmente la résistance du canal (SD). à La largeur du canal et donc la résistance (et donc le courant de Drain) sont contrôlés par la tension de Grille. G. De Lentdecker & K. Hanson 2

3 Fonctionnement Considérons d abord le cas où V GS = 0V. 1) De A à B, à cause de la résistance du canal, I D augmente proportionnellement à V DS (région ohmique). La région d appauvrissement, qui s agrandit, n a pas d effet significatif. 2) De B à C, la région d appauvr. s étend à travers tout le canal. Les e - doivent traverser cette barrière de pot. à I D reste contant quand V DS ì. Pour V GS = 0V, la valeur de V DS pour laquelle le plateau apparaît (pt B) est appelée la tension de pincement V P. Le courant I D du plateau est appelé I DSS (Drain to Source current with gate Shorted). I DSS est le courant maximal du FET. Au delà du point C, survient le claquage. Appliquant V GG, V GS devient de + en + négative rétrécissant le canal à I D diminue et le pincement apparaît de + en + vite Lorsque I D ~ 0, V GS a atteint sa valeur dite de blocage (V 3 GS(off) ). V GS(off) =-V p

4 Courbes caractéristiques Des courbes précédentes on peut facilement obtenir la courbe caractéristique I D (V GS ). L évolution de cette courbe est décrite par la loi dite «loi des carrés»: " I D = I DSS 1! V GS $ # V GS(off ) Dès lors, ont peut déterminer I D à partir de V GS si I DSS et V GS(off) sont connus. % ' & 2 Notez les bornes G. De Lentdecker & K. Hanson 4

5 n Polarisation automatique: I G ~0 =>V G ~0V; I S produit une chute de potentiel aux bornes de R S => borne S est + par rapport à G. V GS = V G! V S = 0! I D R S (I D ~ I S ) Polarisation n Par diviseur de tension: V S = I D R S (I D ~ I S ) Utilisant la formule du diviseur de tension: V G = R 2 ( ) V DD R 1 + R 2 V GS = V G! V S " V S = V G! V GS " I D = V G! V GS R S G. De Lentdecker & K. Hanson 5

6 Stabilité Les courbes caractéristiques peuvent varier beaucoup d un composant à l autre. La polarisation par diviseur de tension, utilisant une R S généralement plus grande, est moins affectée par ces variations. G. De Lentdecker & K. Hanson 6

7 n Le transistor à effet de champ à semi-conducteur metaloxyde (MOSFET) 2 types de MOSFET existent: le D-MOSFET et le E-MOSFET: D-MOSFET n = MOSFET à appauvrissement (Depletion-MOSFET) Possède 2 régimes: - Enrichissement (type-n, V GS >0) - Appauvrissement (type-n, V GS <0) G. De Lentdecker & K. Hanson 7

8 n Le E-MOSFET Le transistor MOSFET = MOSFET à enrichissement Ne fonctionne qu en régime d enrichissement: V GS doit être > qu un certain seuil (V GS(th) ) pour créer un canal laissant passer I D G. De Lentdecker & K. Hanson 8

9 n D-MOSFET: Fonctionne dans les 2 régimes càd dans les deux polarités. La loi des carrés est d application Courbes caractéristiques Attention à la manipulation des MOSFET, la couche de SiO 2 est très fine et offre une grande résistance. L accumulation d une charge peut produire des décharges électrostatiques. n E-MOSFET: Ne possède qu un régime. V GS est toujours du même signe et est supérieure en valeur absolue à V GS(th). I D = K ( V GS! V GS(th) ) 2 K dépend du MOSFET utilisé G. De Lentdecker & K. Hanson 9

10 Polarisation DMOSFET: Une méthode simple: V GS = 0V. à I D = I DSS à V DS =V DD -I DSS R D Le rôle de R G est d accommoder un signal d entrée AC; en l isolant de la masse. Comme I G ~ 0, R G n affecte pas la polarisation. Circuit de polarisation Avec signal AC EMOSFET: Comme V GS doit être > V GS(th), V GS =0 ne peut pas fonctionner. Un circuit simple est par diviseur de tension à la base (cf. page 5): V G = R 2 ( ) V DD R 1 + R 2 où V DS = V DD! I D R D ( ) 2 I D = K V GS! V GS(th) G. De Lentdecker & K. Hanson 10

11 Les FET comme amplificateurs G. De Lentdecker & K. Hanson 11

12 D-MOSFET sous polarisation nulle G. De Lentdecker & K. Hanson 12

13 E-MOSFET comme amplificateur G. De Lentdecker & K. Hanson 13