Introdução aos transistores de efeito de campo de junção (JFET)

Um transistor é um dispositivo semicondutor linear que controla a corrente com a aplicação de um sinal elétrico de baixa potência. Os transistores podem ser agrupados em duas divisões principais:bipolar e efeito de campo. No último capítulo, estudamos transistores bipolares, que utilizam uma pequena corrente para controlar uma grande corrente. Neste capítulo, apresentaremos o conceito geral do transistor de efeito de campo - um dispositivo que utiliza uma pequena tensão para controlar a corrente - e, a seguir, enfocaremos um tipo específico:o transistor de efeito de campo de junção. No próximo capítulo, vamos explorar outro tipo de transistor de efeito de campo, a variedade de porta isolada.

Todos os transistores de efeito de campo são unipolares em vez de dispositivos bipolares. Ou seja, a corrente principal que os atravessa é composta por elétrons em um semicondutor do tipo N ou orifícios em um semicondutor do tipo P. Isso se torna mais evidente quando um diagrama físico do dispositivo é visto:

JFET de canal N

Em um transistor de efeito de campo de junção ou JFET, a corrente controlada passa da fonte para o dreno ou do dreno para a fonte, conforme o caso. A tensão de controle é aplicada entre a porta e a fonte. Observe como a corrente não precisa cruzar uma junção PN em seu caminho entre a fonte e o dreno:o caminho (chamado de canal) é um bloco ininterrupto de material semicondutor. Na imagem mostrada, este canal é um semicondutor do tipo N. JFETs de canal tipo P também são fabricados:

JFET de canal P

Geralmente, os JFETs do canal N são mais comumente usados ​​do que o canal P. As razões para isso têm a ver com detalhes obscuros da teoria dos semicondutores, que prefiro não discutir neste capítulo. Assim como acontece com os transistores bipolares, acredito que a melhor maneira de introduzir o uso do transistor de efeito de campo é evitar a teoria sempre que possível e se concentrar nas características operacionais. A única diferença prática entre os JFETs dos canais N e P com a qual você precisa se preocupar agora é a polarização da junção PN formada entre o material da porta e o canal.

Sem tensão aplicada entre a porta e a fonte, o canal é um caminho totalmente aberto para o fluxo da corrente. No entanto, se uma tensão é aplicada entre a porta e a fonte de tal polaridade que polariza reversamente a junção PN, o fluxo entre as conexões de fonte e dreno torna-se limitado ou regulado, assim como era para transistores bipolares com uma determinada quantidade de corrente de base. A tensão máxima da porta-fonte “pinça” toda a corrente através da fonte e do dreno, forçando assim o JFET a entrar no modo de corte. Esse comportamento se deve à região de depleção da junção PN se expandindo sob a influência de uma tensão de polarização reversa, eventualmente ocupando toda a largura do canal se a tensão for grande o suficiente. Essa ação pode ser comparada a reduzir o fluxo de um líquido através de uma mangueira flexível, apertando-a:com força suficiente, a mangueira será comprimida o suficiente para bloquear completamente o fluxo.



Observe como esse comportamento operacional é exatamente o oposto do transistor de junção bipolar. Os transistores bipolares são dispositivos normalmente desligados:sem corrente na base, sem corrente no coletor ou emissor. Os JFETs, por outro lado, são dispositivos normalmente ligados:nenhuma tensão aplicada à porta permite a corrente máxima através da fonte e do dreno. Além disso, observe que a quantidade de corrente permitida através de um JFET é determinada por um sinal de tensão em vez de um sinal de corrente, como acontece com os transistores bipolares. Na verdade, com a polarização reversa da junção PN da fonte da porta, deve haver corrente quase zero na conexão da porta. Por esse motivo, classificamos o JFET como um dispositivo controlado por tensão e o transistor bipolar como um dispositivo controlado por corrente.

Se a junção PN porta-fonte for polarizada para frente com uma pequena tensão, o canal JFET se “abrirá” um pouco mais para permitir a passagem de correntes maiores. No entanto, a junção PN de um JFET não foi construída para lidar com nenhuma corrente substancial e, portanto, não é recomendado polarizar diretamente a junção em nenhuma circunstância.

Esta é uma visão geral condensada da operação JFET. Na próxima seção, exploraremos o uso do JFET como um dispositivo de comutação.

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