TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO
O
UNIPOLARI
Sono detti Unipolari perché la conduzione è portata avanti esclusivamente dalle sole
cariche maggioritarie.
Sono detti ad effetto di campo perché il passaggio di corrente nel componente è
controllato da un campo elettrico che si viene a formare all'interno del componente
stesso.
FUNZIONAMENTO del JFET (Junction Field Electric Transistor):
Si utilizza un modello teorico per spiegarne il funzionamento:
Come si vede la giunzione P+\N viene ad essere polarizzata inversamente grazie alla
tensione VGS, per cui la dimensione del canale, definita dalle due zone di svuotamento,
varia al variare della tensione applicata. Quindi il campo E risiedente nella zona ha il
controllo del passaggio di corrente. Se si aumenta la VGS si arriverà ad un punto in cui
le due zone di svuotamento, allargandosi uniformemente, si toccheranno. A tale tensione
si dirà che si è giunti nella situazione di interdizione del componente:
In tal caso se si applicasse una VDS non passerebbe corrente perché il canale
praticamente non esiste più.
Per analizzare quindi in funzionamento del componente è opportuno applicare una
tensione VGS minore, in modo cioè da avere il canale aperto:
In tal caso si possono avere tre distinte situazioni:
1) VDS << VGS
2) VDS = VGS
3) VDS >> VGS
Si analizzano ora le varie situazioni:
1) VDS << VGS
In tal caso la zona di svuotamento si allarga uniformemente all'aumentare della V GS e
la ID varia linearmente in funzione della VDS (tratto ohmico della caratteristica di uscita
del FET), infatti il canale è di sezione costante per cui offre una resistenza al passaggio
di corrente costante.
2) VDS = VGS
In tal caso inizia a sentirsi l'effetto della VDS, in modo tale da rendere la zona di
svuotamento non più uniforme ma più ampia dalla parte del Drain, cioè dal piedino che
rende la giunzione maggiormente polarizzata inversamente (per cui la zona di
svuotamento si allarga) VDG = VDS + /VGS/
In tal caso la resistenza del canale non è più uniforme, perché non è più costante la sua
sezione, per cui la ID non sarà più proporzionale alla VDS in modo lineare ma vi sarà
un legame non lineare (zona di ginocchio della caratteristica di uscita del FET).
3) VDS >> VGS
Se si aumenta ulteriormente la VDS si arriva ad un punto in cui le due zone di
svuotamento si toccano in punto (detto di PINCH-OFF) per cui il canale si chiude in un
punto:
In tal caso la corrente continua a passare e diviene costante (tratto a corrente costante
della caratteristica di uscita del FET).
- La corrente continua a passare perché si forma una ddV, fra gli ioni positivi della
zona di svuotamento della zona N e gli elettroni che si addensano nel canale vicino al
punto di PINCH-OFF, Q, e quindi un campo E che favorisce il passaggio degli
elettroni.
- La corrente rimane costante perché al variare della VDS si allarga anche la zona di
svuotamento. Dal momento che la zona di svuotamento di una giunzione si può
associare ad un condensatore a facce piane e parallele, si può scrivere che in tale zona
esiste un campo E = V/d . Aumentando la V aumenta anche la distanza fra le
armature, d, dove VDS e d è la larghezza della zona di svuotamento. Tali grandezze
aumentano in modo proporzionale, per cui il loro rapporto rimane costante, quindi il
campo E rimane costante.
P.S. in realtà la corrente aumenta leggermente perché il punto di PINCH-OFF si sposta
lievemente verso il Source, per cui diminuisce la lunghezza del canale e quindi
diminuisce la resistenza che esso offre al passaggio di corrente, per cui aumenterà la
corrente.
Caratteristiche principali del FET:
- Impedenza di ingresso elevata ( Mohm) infatti Ig=0 dato che la giunzione è
polarizzata inversamente.
- Tempo di transito minore ( movimento delle sole cariche maggioritarie, più veloci),
utilizzato per alte frequenze.
- Basso rumore infatti non vi sono giunzioni ( amplificatori di potenza )
- Non vi sono problemi di fuga termica infatti il suo comportamento è molto simile a
quello di un metallo per cui aumentando la T diminuisce la I.
- Tecnologia più semplice del BJT
Si inserisce il grafico della caratteristica di uscita del JFET a canale N
