Chap Vi- Transistor Jfet (11p)

ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP

OUATTARA ALI 76

CHAP VI : TTRANSISTORS A EFFET DE CHAMPP

I- Prsentation

Les transistors tudis prcdemment sont appels bipolaires car les lectrons circulent dans des zones de

conductibilit diffrentes (une zone N et une zone P). Cependant les transistors effet de champ (ou TEC) sont des

transistors unipolaires car les lectrons circulent dans une zone de conductivit uniquement appel canal. Il existe

deux grandes familles de transistors effet de champ :

- Les transistors effet de champ jonction ou JFET (Jonction Field Effect Transistor)

- Les transistors effet de champs grille isol ou MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor).

II- tude des JFET

II-1- Structures et symboles

a- Le JFET canal N

- Structure - Symbole

b- Le JFET canal P

- Structure - Symbole

D

G

S

VDS

VGS

D

G

S

VDS

VGS

N

Drain (D)

Grille (G)

Source (S)

P P

P

Drain (D)

Grille (G)

Source (S)

N N


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II-1- Principe de fonctionnement

Pour obtenir le fonctionnement normal d'un JFET, la jonction Grille-Source doit tre polarise en inverse.

a- Cas du JFET canal N

On raccorde les deux extrmits Drain-Source du canal une tension positive VDS et les deux autres extrmits

Grille-Source une tension ngative VGS.

Si la tension VGS = 0, le canal est sa largeur totale. Les lectrons dans le canal peuvent circuler sur toute la largeur du canal, de la Source vers le Drain. Ce qui donne naissance un courant ID circulant du Drain vers la Source. Ainsi pour VGS = 0, le canal est moins rsistant au passage du courant : le courant ID est donc maximun.

Lorsque la tension VGS devient ngative, la tension de grille ngative repousse les lectrons du canal vers le centre. Cette pression tant exerce de part et dautre du canal, a pour effet de rtrcir le canal, donc d'en augmenter la rsistance. Ce qui finalement va diminuer le courant ID.

Si la tension ngative VGS devient plus importante, on va avoir le pincement total du canal et le courant ID devient nul. On conclut donc que cest l'effet du champ lectrique de la tension de grille que le courant de drain va tre rgl, par augmentation de la rsistance du canal. Remarque :

Ce type de transistor s'appelle JFET (Junction FET), transistor effet de champ jonction car il existe une jonction formant une diode entre la grille et le canal.

La jonction Grille - Canal constitue une diode qui est polarise en inverse par la tension ngative Grille-Source (VGS). Le courant de Grille est donc nul (ou tout au plus un courant de fuite de quelques pA).

Dans le cas d'un JFET canal N, une tension positive sur la Grille cre un courant Grille - Source non dsir et dangereux pour le transistor. Cette situation est donc viter.

Canal rtrci

Pincement total du canal

Largeur total du canal


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b- Cas du JFET canal N

On raccorde les deux extrmits Source-Drain du canal une tension ngative VDS et les deux autres extrmits

Grille-Source une tension positive VGS.

Si la tension VGS = 0, le canal est sa largeur totale. Les trous dans le canal peuvent circuler sur toute la largeur du canal, de la Source vers le Drain. Ce qui donne naissance un courant ID circulant du Drain vers la Source. Ainsi pour VGS = 0, le canal est moins rsistant au passage du courant : le courant ID est donc maximun.

Lorsque la tension VGS devient positive, la tension de grille positive repousse les trous du canal vers le centre.

Cette pression tant exerce de part et dautre du canal, a pour effet de rtrcir le canal, donc d'en augmenter la rsistance. Ce qui finalement va diminuer le courant ID. Si la tension positive VGS devient plus importante, on va avoir le pincement total du canal et le courant ID devient nul.

II-2- Rseau de carctristiques

Largeur total du canal

Canal rtrci

VP VGSOFF (VGS< 0)

Caractristique de sortie ID = f(VDS) VGS = cste

Caractristique de transfert ID =f(VGS) VDS = cste IDSS


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- IDSS : Valeur maxi du courant de drain. Il est obtenu pour VGS = 0 (court-circuit Grille-Source) - VP : Tension de pincement; c'est la tension VDS partir de laquelle le courant ID atteint IDSS et reste

constante. C'est aussi la tension VDS partir de laquelle la saturation commence.

VP = - VGSOFF et est obtenu pour VGS = 0

- VGSOFF : C'est la tension de blocage. En faisant varier VGS trs ngativement, cest la valeur pour laquelle il y a pincement total ou tranglement du canal ; ce qui donne le courant ID=0. La caractristique de transfert obi la relation suivante :

Comme VP = -VGSOFF , alors on galement

On appelle pente du transistor note gm , la drive ponctuelle de ID par rapport VGS.

2

1 GSDm DSSGS GS P

VIg I

V V V

DSS GSm

P P

I Vg = 2 1+

V V ou bien

DSS GSm

GSOFF GSOFF

I Vg = -2 1-

V V

On note DSS DSSm0 m maxP GSOFF

I Ig = g = 2 2

V V : pente maximale du transistor.

Il ressort alors que

GS GSm m0 m0

P GSOFF

V Vg = g 1+ g 1-

V V

III- tude des JFET en rgime statique

Il sagit dtudier les montages de polarisation du transistor JFET. III-1- Polarisation automatique ou naturelle

Application numrique : on donne VDD=12V, RG=1M, RD=1K, RS=220. On donne que la tension entre la source et la masse vaut 1,1V. Calculer le point de fonctionnement du transistor puis le placer sur le rseau de caractristiques ci-dessous.

2

GSD DSS

P

VI = I 1 +

V

2

GSD DSS

GSOFF

VI = I 1 -

V

Expression de la droite de transfert statique(DTS) : ID= f(VGS) ou VGS =f(ID)

G G GS S DR I V R I avec IG = 0 GS S DV = -R I

Expression de la droite de charge statique(DCS) : ID= f(VGS) ou VGS =f(ID)

DS DD D S DV = V - R +R I


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III-2- Polarisation par pont de rsistance de grille

VP VGSOFF

IDSS

Expression de la droite de transfert statique(DTS) : GS TH S DV = E -R I

Expression de la droite de charge statique(DCS) : DS DD D S DV = V - R +R I

Par application du thorme de thevenin, le montage est quivalent :

avec 2

1 2

0TH SSR

E VR R

et 1 21 21 2

TH

R RR R R

R R


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IV- tude des JFET en rgime dynamique

IV-1- Schma quivalent en dynamique

Le JFET est command par la tension vgs, avec un courant dentre presque inexistant. Son modle dentre est donc un circuit ouvet entre grille et source. Le rseau de caractristiques de sortie du JFET est sensiblement identique au rseau de sortie du transistor bipolaire. Il apparat logique que le modle petits signaux dun JFET soit le mme , ct sortie : source de courant commande par vgs et rsistance dynamique de sortie trs elve.

La rsistance dynamique drain source est trs grande. On peut poser alors . Dans ce cas le schma quivalent en dynamique devient :

IV-2- Montage source commune

a- Schma quivalent en dynamique du montage

b- Analyse du montage


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IV-3- Montage drain commun

a- Schma quivalent en dynamique du montage

b- Analyse du montage .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..


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IV-4- Montage grille commune

c- Schma quivalent en dynamique du montage

d- Analyse du montage .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..


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EXERCICES EXERCICE 1 : EXERCICE 2 : EXERCICE 3 : EXERCICE 4 : Polarisation par source de courant

On considre IC IE et VBE = 0.6 V pour le transistor bipolaire.

Calculer le courant du JFET ainsi que sa tension de drain par rapport la masse.

RG = 10M , RD = 3,3K , RE = 4,7K , R = 15K

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