LE TRANITOR JFET CANAL N tructure et caractéristiques Zone ohmique et de coude Zone de saturation olarisation chéma aux petites variations et aux fréquences moyennes JFET canal JFET canal N : montages fondamentaux hilippe ROUX
) IOE OLARIEE EN INVERE TRANITOR J.F.E.T. CANAL N Considérons en figure une diode N au silicium polarisée en inrse par une tension V inv. I i N Vinv i W = si q ( N a N d )(V V inv ) Cathode Nd Na Anode V = kt q ln(n a N d n i ) W Figure : iode bloquée et sa d épaisseur W = f (V in ) e part et d autre de l interface entre le silicium et le silicium N, se déloppe une zone de charge d espace () dont l épaisseur W est proportionnelle à la racine carrée de la tension V inv. Cette est une zone quasiisolante. Le fonctionnement du transistor JFET canal N exploite la présence de cette zone. ) TRUCTURE ET CARACTERITIQUE U JFET CANAL N ans un barreau de silicium N (figure ), dont les extrémités constituent le drain et la source du dispositif, on a réalisé la diffusion de deux zones de silicium de type formant la grille. ous la zone de grille se trou le canal N du JFET. Le silicium N du canal est donc pris en sandwich par la grille en silicium. V I I V ource canal N N rain i N i V négati I = I V positi Figure : JFET canal N Comme le montre la figure, les deux zones de charge d espace des deux diodes N à cathode et anode communes peunt moduler l épaisseur du canal sous l action d une tension V négati. rain i i Canal i N ource Figure : Coupe au niau du canal
En fonctionnement normal, la tension V doit être positi alors que la grille doit être absolument polarisée négatiment par rapport à la source sous peine de destruction du composant (diode grille source alors en direct et courant correspondant excessif). Les caractéristiques de sortie I = f (V ) à V constante présentent deux régions (figure ) : Ohmique et de coude pour V < V saturation = V V incement aturation ou de plateau (V > V sat ) Caractéristique de transfert zone ohmique et de coude zone de saturation I I ( ma) V (V) I. V Négatif V ositif. V.. V ( V) VAT = VV V ( V) Figure : Caractéristiques du JFET canal N ) ZONE OHMIQUE ET E COUE : V < V sat = V V incement.) Zone Ohmique V V faible Canal e (V) V faible Région ohmique I ma R V. V V V (V). V Vincement.... V (V) V = V Figure Lorsque la tension V est faible, l'épaisseur e = f (V ) du canal est alors uniforme (figure ) et d autant plus faible que la tension V est négati.
Lorsque V est égale à V tension de pincement, le canal a une épaisseur e nulle, le JFET est bloqué, soit : I = ma. La tension de pincement du canal V est une donnée fondamentale du JFET. ans la zone purement ohmique, la résistance drainsource R est telle que : R R = () K V R résistance pour V = V et K (V ) facteur caractéristique du JFET.) Zone de coude Lorsque la tension V augmente, l épaisseur du canal dépend à la fois des tensions : V qui se répartit dans le canal. V par création d'une zone de charge d espace. ar exemple, appliquons une tension V = V, la grille n étant pas connectée. Comme il est indiqué en figure, la tension V se répartie linéairement dans le canal. ource V. V V. V V rain V ource rain i N i V V V i N i V V Figure Figure Appliquons maintenant une tension V de V > V et découpons le canal et la grille en n diodes N (figure ). Comptetenu des tensions appliquées, la figure donne une image électrique de la tension inrse des diodes considérées (n=). V V. V V. V V V.V V.V V V ource rain ource V rain V i N i V V Figure Figure Les diodes qui sont situées près du drain sont plus fortement bloquées que les diodes situées du côté de la source car soumises à une tension inrse plus importante. Le canal a donc tendance à se rétrécir du côté du drain (voir ). Le canal prend alors la forme d un entonnoir (figure ). La résistance du canal n est plus linéaire, on décrit alors la zone de coude des caractéristiques. Le courant de drain dans la zone de coude est tel que : I = I V (V V )V V ()
) ZONE E ATURATION OU E LATEAU : V V sat = V V.) Courant maximal de drain I. upposons une tension V nulle (figure ) a) Lorsque la tension V atteint la valeur de saturation V sat = V V, il se produit à nouau un pincement du canal en.cependant, contrairement à la zone ohmique, ce pincement local du canal, ne provoque pas l annulation de courant I. En effet, les électrons circulants de la source rs le drain, possèdent en, une énergie cinétique suffisante pour rejoignent le drain. On a alors atteint le courant de saturation de drain I, deuxième donnée fondamentale. b) Lorsque la tension V est supérieure à V sat, le courant I reste sensiblement constant car on assiste à deux effets antagonistes : i V, la résistance R ( se déplace en ) et le rapport V /R est invariable..) Equation dans la zone de plateau. our les tensions V négatis, les mêmes phénomènes se reproduisent. Mais l'association des effets des tensions V et V conduit à un courant de drain inférieur au courant maximal I. Région de coude et de saturation V I ma V (V) V nulle I V. V V V (V). V V = V V saturation = V V Figure.) ans la zone de plateau, le JFET est une source de courant imparfaite dépendante des tensions V et V : I = I V V (.V ) () I : courant maximal de saturation pour V = V V : tension de pincement du canal λ (V) : paramètre lié à la résistance interne de la source de courant (/λ correspond à un effet Early )
) OLARIATION U JFET CANAL N On considère en figure un montage à transistor JFET canal N. On définit la droite de charge V = V CC (R R ) I, sur laquelle on se fixe un point de repos en choisissant par exemple une tension V repos. On en déduit de manière habituelle sur les caractéristiques : I repos et la tension V repos. olariser le JFET revient à définir la tension négati V repos. La jonction grillesource étant bloquée, le courant de grille I est très faible. ans ces conditions, si on connecte entre grille et masse une résistance R (peu importe sa valeur), sa tension aux bornes sera nulle. On déduit : V repos = R I repos La polarisation est donc assurée par une résistance de source R, de valeur connable, associée au courant de drain qui la trarse. Cette polarisation est dite "automatique". En effet si pour une raison quelconque, le courant I augmente, V diminuant, entraîne une diminution de I. La position du point de repos est sensiblement stable. V R V CC µa V R R I V I I( ma) R I I repos VCC R R I V (V).. M ( V) V.. V ( V) V repos Figure V repos VCC V ( V) ) CHEMA AUX ETITE VARIATION ET FREQUENCE MOYENNE our de petites variations de fréquences moyennes, autour d'un point de repos, le transistor JFET canal N est simulé par le schéma équivalent de la figure comportant : vgs rds gm vgs Figure : schéma aux petites variations JFET canal N (ou ) id Entre grille et source, une résistance r gs de valeur élevée ( résistance dynamique d'une jonction bloquée) habituellement négligée. Un générateur de courant g m v gs, circulant toujours de rs et dépendant de la tension instantanée v gs. L'imperfection du générateur de courant est représentée par la résistance interne r ds Connaissant les caractéristiques essentielles du composant : I, V et λ, la transconductance g m et la résistance interne r ds sont données par : g m = I V V const = V p I.I repos r ds = V I V const =.V repos.i reps
JFET CANAL V I N I V ource canal rain i N i V positi I = I V négati zone ohmique et de coude zone de saturation I I ( ma) V (V).. V.. V ( V) VAT = VV V ( V) Figure : JFET canal structure et caractéristiques La tension V du JFET canal doit être comprise entre et V qui est positi. a tension V est négati. Expression du courant I du JFET canal dans la zone de plateau : I = I V V (. V ) on schéma équivalent aux fréquences moyennes et aux petites variations est identique à celui du JFET canal N ac : g m = V p I.I repos r ds =. V repos.i repos
JFET CANAL N : MONTAE FONAMENTAUX VCC Id repos VCC Id repos VCC Id repos V I R M R C L V I R M R C L V I R M Rs C L C L Amplificateur ource commune Amplificateur rain commun Amplificateur commune vgs R M R gm vgs vgs R R M gm vgs Rg vgs R M R gm vgs = R d // R u = R // R u v gs = v e = R d // R u A V = g m g m R s R e = R M R s = R d A V = g R m eq g m R e = R M R R s = g m R A V = g m R e = R // g m R s = R d g m = V I I repos rds infinie
TRANITOR A EFFET E CHAM A JONCTION : JFET CANAL N rain interconnexions en aluminium ource oxyde de silicium io mur d isolement Courant I Canal N Courant I N épitaxié substrat N N Al