Transistor de Efeito de Campo FETFET - Aspectos geraisO FET (Field Effect Transistor) ou transistor de efeito de campo um dispositivounipolar (um tipo de portador - eltron ou lacuna), constitudo a partir de uma barra de material do tipo "P" ou "N" denominado "Canal", nas extremidades da barra contatos metlicos formando um terminal chamado dreno ou "drain" e outro denominado fonte, supridouro ou "source", entre os contatos dreno-fonte existem ainda duas regies "P" ou duas regies "N", interligadas, difundidas no interior da barra chamadas de porta ou "gate".

Sua operao parte do princpio em que um campo eltrico perpendicular a umfluxo de corrente controla a resistncia de um canal constitudo por portadores do tipo "P" ou portadores do tipo "N" os quais constituem, respectivamente, FET de canal P e FET de canal N.

Figura 1 - a) Transistor de efeito de campo de juno JFET. b) Analogia do fluxode gua para o mecanismo de controle do JFET.

FET de Juno ou JFETNa ausncia de um potencial aplicado ao JFET restam duas junes P-N no polarizadas. O resultado uma regio de depleo em cada juno. A regio dedepleo no possui portadores livres, e portanto, no permite a conduo atravs da regio. Quando estas regies avanam at se tocarem no interior docanal a passagem de corrente, da fonte ao dreno, cortada.

Figura 2 - Estrutura, smbolos e encapsulamentos dos JFETs simtrico eassimtrico canal P e canal N.

Comparao do JFET ao Transistor de Juno Bipolar - TJBO JFET um dispositivo controlado por tenso enquanto o TJB controlado por corrente. O JFET mais estvel, por outro lado, O TJB mais sensvel principalmente s variaes de temperatura.

Vantagens em comparao ao transitor bipolar: Impedncia de entrada extremamente elevada, da ordem de 100 M Maior imunidade a rudo Maior estabilidade trmica Fabricao relativamente simples Como desvantagens apresenta menor velocidade de resposta e menor

produto ganho x banda passante (PGL)

Basicamente dois Tipos: O FET de juno ou JFET O FET de metal xido semicondutor de porta isolada, MOSFET ou IG-FET

O MOSFET tambm chamado de IG-FET (Isolated Gate) porta isolada, porque apresenta a porta internamente isolada por uma camada de silcio SiO2, O que faz apresentar uma resistncia de entrada bem mais elevada que o JFET.

Principais aplicaes: Amplificadores de tenso para pequenos sinais Medidores de alta impedncia de entrada Circuitos digitais, principalmente quando integrado

Funcionamento - O funcionamento de um JFET canal P, anlogo ao JFET canal N, necessrio apenas inverter a polaridade das fontes de alimentao dreno-supridouro (VDS) e gate-supridouro VGS. As figuras a seguir, iro mostrar na sequncia, o princpio de funcionamento do JFET de juno canal N.

Funcionamento - Regio de SaturaoPolarizao dreno-supridouro com VGS = 0 Regio de Saturao - As figuras A, B e C mostram na sequncia o efeito da polarizao dreno-supridouro com VGS=0.

Figura 4 - Regio de saturao.

Funcionamento - Regio AtivaControle de ID exercido por VGS Regio ativa - As figuras D, E e F mostram na sequncia o avano das zonas de depleo em direo a outra extremidade do canal. A partir da figura F, tem incio regio ativa do JFET onde o controle da corente ID passa a ser exercido por VGS..

Figura 5 - Regio Ativa.

Funcionamento - Regio de CorteID corta com -VGS Regio de Corte - As figuras G, H e I mostram na sequncia o estreitamento do canal at alcanar o corte, onde ocorre o pinamento e ID corta com -VGS ou VGSoff que neste JFET do exemplo -4 Volts.

Figura 6 - Regio de saturao.

Polarizao do JFETPolarizar um dispositivo fixar um ponto de trabalho ou ponto quiescente por meio de componentes perifricos, podendo esse ponto ser visualizado na caracterstica de sada do dispositivo.

A figura abaixo, representa dois circutos de polarizao (tipo autopolarizao), para os JFEs canal N e Canal P respectivamente.

Figura 7: a) Polarizao do JFET canal N - b) Polarizao do JFET canal P.

Caracterstica de transferencia (VGS x ID) - Parte IA fsica por trs do funcionamento do JFET a mesma para todos os JFETs.

Apenas o tamanho das regies dopadas, o nvel de dopagem etc. mudam de um JFET para outro.

Por isso todos os JFETs tem uma curva de transferncia (trancondutncia) que o grfico de uma equao do tipo Y=ax2.

Vamos representar a caracterstica de transferncia de um determinado JFET que apresenta: Vp = -4 v e IDSS = 12 mA.Como ponto de partida, consideramos 5 pontos estratgicos tendo como limites "0" e "VGSoff" e aplicaremos a formula de transferncia para encontrar "ID" correspondente a cada ponto, conforme mostra a figura 6.

A partir da expresso ID = IDSS . (1-VGS/VP) ^2 (Equao de Shockley) encontraremos os valores de ID mostrados na 3a coluna da tabela.

Figura 8: - a) Equao de transferncia - b) Tabela com resultados

Caracterstica de transferencia (VGS x ID) - Parte IIUtilizamos os dados da tabela anterior (tela 08) para representar graficamente as caractersticas de transferncia (VGS x ID) do FET em questo. O resultado o grfico representado na figura abaixo.

Figura 9 - Caracterstica de transferencia (VGS x ID).

Caracterstica de SadaTomando como base as caractersticas de entrada do FET anterior e considerando o mximo valor da tenso de alimentao suportada por este (VDS mx = 20 Volts), poderemos representar em um grfico as caracterstica de sada (VDS x ID), tambm denominada "curvas de dreno".

Figura 10 - Reta de carga e ponto de trabalho na caracterstica de sada.

Definio da reta de carga e ponto de trabalho - ponto quiescente "Q"Com base no circuito de polarizao do FET, aplicando Kirchoff na malha de dreno, temos:

VDD = RD.ID + VDSque corresponde a equao de uma reta em um sistema (ID x VDS) e para traa-la necessitamos dois pontos, a saber:

Primeiro ponto:

ID = 0 VDS = VDDSegundo ponto:

VDS = 0 ID = VDD/RDA partir destes dois pontos traaremos a reta de carga na caracterstica de sada do dispositivo e localizaremos nesta, o ponto de trabalho ou ponto quiescente, conforme visto na figura 10.

Figura 11 - Circuito de autopolarizao e reta de carga.

Autopolarizao do JFET - Parte ICom um JFET autopolarizado, conforme mostrado na figura abaixo, a tenso da fonte (supridouro) igual ao produto da corrente de dreno pela resistncia (rs) de supridouro, assim temos:

VS = ID.RSA tenso porta-supridouro o negativo dessa tenso, que igual a

VGS = -ID.RSEssa a equao para encontrar o ponto de trabalho (ponto "Q") em um JFET autopolarizado, conforme mostrado na figura abaixo.

Figura 15 - JFET autopolarizado.

Autopolarizao do JFET - Parte II - Conceito do Terra VirtualAnalogia - Faremos a seguinte anlise: como no ha corrente no Gate VGS=0, ento considera-se um curto-circuito virtual entre os terminais de gate e terra, embora a resistncia do gate seja extremamente elevada, conceitualmente nestas condies o terminal do gate torna-se um terra virtual, assim sendo:

VG=VGS+VRS 0=VGS+VRS -VGS=VRSRS=VRS/ID RS = -VGS/ID e ID = -VGS/RSOs dados desta equao permitem determinar a linha de autopolarizao, a partir dos valores de VGS e ID quiescente. Com VRS=-VGS, podemos calcular o resistor RS a partir da tenso gate supridouro dividida pela corrente do dreno, conforme a expreso:

RS=-VGS/ID = -2v/4mA = 0,5 x 10^3 = 0,5 k ou 500 Os dados desta equao permitem determinar a linha de autopolarizao, a partir dos valores de VGS e ID quiescente, mostrados na figura 10. Este exemplo considera determinado JFET de VGSoff =-4V, e o ponto quiescente em VGSq = -2V e IDq = 4 mA, o valor do resistor de supridouro Rs, ser:

Figura 13: a) Linha de autopolarizao - b) Deslocamento do ponto detrabalho "Q" por diferentes valores de RS.

Aplicaes do JFETA figura 14 mostra as seguintes aplicaes:

Em a), temos o JFET utilizado como chave eletrnica, que permite ou bloqueia a passagem um sinal analgico a partir de uma tenso CC de controle aplicada ao gate.

Em b), temos o JFET utilizado como fonte de corrente, fornece uma corrente constante, para uma carga varivel.

Em C), temos o JFET utilizado como multiplexador analgico, capaz de selecionar uma ou mais formas de ondas sem sobrecarregar as respectivas fontes.

Figura 14: Aplicaes do JFET: a) Chave analgica - b) Limitador de corrente -c) Multiplexador analgico .

Transistor de Efeito de Campo de Metal xidosemicondutor - MOSFET

MOSFET - Transistor de Efeito de Campo de Metal xido semicondutorAlm do FET discreto ou FET de juno - JFET, existe um outro tipo de transistorde efeito de campo chamado MOSFET, que significa "transistor de efeito de campo de metal xido semicondutor". Na Figura 20 temos, para o MOSFET, as seguintes representaes:

Estrutura que representa MOSFET. Encapsulameto do tipo, dispositivo para montagem em superfice - SMD

e outro para montagem em placa convencional. Smbolo do MOSFET canal N. Para representar o canal P, s inverter o

sentido da seta no interior do canal. Circuito chaveador, para controlar um motor a partir de uma porta

AND, que usa a lgica TTL.

Figura 15: MOSFET: a) Estrutura, encapsulamento, smbologia e circuito. Quanto ao funcionamento, o MOSFET ainda divide-se em modo depleo ou normalmente ligado, e modo intensificao ou enriquecimento.

MOSFET modo depleo ou modo normalmente ligadoMOSFET modo depleo - Tambm chamado normalmente ligado, porque conduz quando VGS=0, seu funcionamento depende das regies de depleo.

A possiblidade do uso de uma tenso positiva na porta o que distingue o MOSFET modo depleo de um JFET.

Figura 16 - MOSFET modo deplao: a) Smbolo, modelo e polarizao - b)Curva de dreno e curva de transcondutncia.

MOSFET modo intensificao ou modo enriquecimentoMOSFET modo intensificao - No modo intensificao tem menor capacitncia e impedncia de entrada mais elevada, seu funcionamento depende da intensificao da condutividade do canal.

Figura 17 - MOSFET modo intensificao: a) Smbolo, modelo e polarizao -b) Curva de dreno e curva de transcondutncia.

Aplicaes com MOSFET - Parte INesta primeira dcada do sculo XXI, os MOSFETs esto sendo largamente empregado na fabricao de monitores de vdeo, principalmente em circuitos de proteo de sada horizontal e fonte de alimentao chaveadas para monitores de diversas marcas conceituadas no Brasil.

A figura seguinte mostra alguns dos MOSFETs utilizados para esta finalidade.

Figura 18 - MOSFETs utilizados em monitores de vdeos para computadores.

Aplicaes com MOSFET - Parte IIUm outro tipo de aplicao, desta vez para o MOSFET de potncia, representada por um circuito detector de nvel destes empregados na rea de automao, conforme representa o diagrama esquemtico da figura 24.

B1 e B2 so os sensores de nvel.

Figura 19 - Circuito detector de nvel de liquido.

RefernciasALMEIDA, Antonio Carlos; Notas de aulas de Eletrnica, Eletrotcnica e Instalaes Eltricas. SENAI/CEFET-BA, 1978 - 2008

BOGART, Theodore F. J.; Dispositivos e Circuitos Eletrnicos. So Paulo - SP, Makron Books

BOYLESTAD, Robert L, NASHELSKY - Traduo: Rafael Monteiro Simon; Dispositivos eletrnicos e teoria de circuitos. So Paulo - SP, Prentice Hall

BROPHY, James J.; Eletrnica Bsica. Rio de Janeiro - RJ, Editora Guanabara DoisS.A.

COTRIM, Ademaro A. M. B.; Instalaes Eltricas. So Paulo - SP, Prentice Hall

CREDER, Hlio; Instalaes Eltricas. Rio de Janeiro - RJ, LTC - Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A.

FIGINI, Gianfranco - traduo: Carlos Antonio Lauand; Eletrnica Industrial: Circuitos e Aplicaes. So Paulo - SP, Hemus Editora Limitada

MALVINO, Albert Paul - traduo: Romeu Abdo; Eletrnica: volume 1. So Paulo - SP, Makron Books

KAUFMAN, Milton & WILSON J. A.; Eletrnica Bsica. So Paulo - SP, McGraw-Hilldo Brasil

FET - Aspectos geraisFET de Juno ou JFETComparao do JFET ao Transistor de Juno Bipolar - TJBFuncionamento - Regio de SaturaoFuncionamento - Regio AtivaFuncionamento - Regio de CortePolarizao do JFETCaracterstica de transferencia (VGS x ID) - Parte ICaracterstica de transferencia (VGS x ID) - Parte IICaracterstica de SadaDefinio da reta de carga e ponto de trabalho - ponto quiescente "Q"Autopolarizao do JFET - Parte IAutopolarizao do JFET - Parte II - Conceito do Terra VirtualAplicaes do JFETMOSFET - Transistor de Efeito de Campo de Metal xido semicondutorMOSFET modo depleo ou modo normalmente ligadoMOSFET modo intensificao ou modo enriquecimentoAplicaes com MOSFET - Parte IAplicaes com MOSFET - Parte IIReferncias