Cours analyse de circuits a semi

Cours analyse de circuits a semi – conducteurs, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Transistor à effet de champ

Le transistor bipolaire fait intervenir deux types de porteurs (les trous et les électrons), le transistor unipolaire (encore appelé TEC) ne fait intervenir qu’un seul type de charges, soit les trous, soit les électrons.
Pour les transistors à effet de champ (TEC ou FET Field Effet Transistor), le passage du courant à travers un canal continu reliant la source au drain est en fait contrôlé par le champ créé par une troisième électrode, la grille située sur le canal. Dans la version MOS (métal oxyde semi-conductor), de ce type de transistors, la grille est une mince couche d’aluminium séparée par un isolant du canal. Les transistors à effet de champ sont facilement miniaturisables et permettent des amplifications élevées.

Transistors à effet de champ à jonction (JFET)

Structure et symboles
La structure d’un transistor JFET à canal N et les symboles des deux types de JFET sont présentés sur la figure suivante :
Une couche n est déposée sur un substrat p fortement dopé (p+). Ensuite on forme une jonction de grille p+ sur le dessus du cristal .Un contact est pris de part et d’autre de la grille, ce sont les sorties source et drain .On relie la grille et le substrat à la masse.

Fonctionnement
Si une faible tension positive VDS est appliquée entre le drain et la source , un courant va circuler à travers la zone n .On sait qu ‘une jonction polarisée en inverse présente une zone désertée dont l’ épaisseur est fonction de la tension inverse .Lorsqu ‘on augmente VDS , le courant diminue car l’ épaisseur de la zone désertée augmente et la résistance du canal augmente .Si on augmente encore VDS , les deux zones désertées se rejoignent , le canal est saturé .La chute de tension est VDS sat et le courant est ID sat . Lorsque la grille est polarisée en inverse, c’est à dire négative pour un canal n, les zones désertées se rapproche encore plus vite la saturation se produit pour ID plus faible. On obtient les courbes ID = f ( VDS) –→ caractéristique de sortie Les courbes ID = f(VGS) pour VDS = Constante représentent les caractéristiques de transfert.
Le NJFET ne peut fonctionner qu’en appauvrissement avec une grille négative .Si elle devenait positive, les jonctions p – n passantes créeraient un courant important qui détruirait le JFET.

Avantage des transistors JFET
Tension de commande VGS : -1 à – 7,5 V VDS : 25 à 30 V ID max = IDSS : 200 à 300 mA Résistance d’entrée très élevée (jonction en inverse) Pente ID / VGS Coefficient de température : légèrement négatif Gamme de fréquence : modèles silicium jusqu’ à 100 MHz ; 20GHz en Arséniure de gallium.

Polarisation des transistors à effet de champ
a) Polarisation automatique
La grille est reliée à la masse par une résistance RG de grande valeur, donc IG = 0 et le potentiel de grille est nul. On peut écrire : VGS = VGM – VSM = – RS ID VDS = E – (RS + RD) ID Le point de fonctionnement P se trouve à l’intersection de ID = – VGS / RS avec la caractéristique du transfert, est il a les coordonnées VGS et ID (figure ci-dessus).
b) Polarisation par pont diviseur
Le potentiel appliqué à la grille est : VGM = R2 / (R1 + R2) Le potentiel de la source est VSM = RS ID, on sait que VSM = VGM – VGS donc ID = (VGM – VGS) / RS
Il en résulte quelques éléments intéressants: • grande impédance d’entrée 106 à 1015 ohms • courant d’entrée très faible et même négligeable le plus souvent • dérive en température inverse de celle des transistors bipolaires permettant d’envisager une compensation des dérives • emploi possible comme transducteur car ils sont sensibles à la lumière, aux contraintes mécaniques ainsi qu’aux champs magnétiques. Ils seront souvent employés comme étage d’entrée d’un amplificateur en raison de leur très grande impédance d’entrée.

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