Introduction aux transistors à effet de champ à jonction (JFET)

Un transistor est un dispositif semi-conducteur linéaire qui contrôle le courant avec l'application d'un signal électrique de faible puissance. Les transistors peuvent être grossièrement regroupés en deux divisions principales :bipolaire et à effet de champ. Dans le dernier chapitre, nous avons étudié les transistors bipolaires, qui utilisent un petit courant pour contrôler un grand courant. Dans ce chapitre, nous présenterons le concept général du transistor à effet de champ - un dispositif utilisant une petite tension pour contrôler le courant - puis nous nous concentrerons sur un type particulier :le transistor à effet de champ à jonction. Dans le chapitre suivant, nous explorerons un autre type de transistor à effet de champ, la variété à grille isolée.

Tous les transistors à effet de champ sont des dispositifs unipolaires plutôt que bipolaires. C'est-à-dire que le courant principal qui les traverse est composé soit d'électrons à travers un semi-conducteur de type N, soit de trous à travers un semi-conducteur de type P. Cela devient plus évident lorsqu'un schéma physique de l'appareil est vu :

JFET N-canal

Dans un transistor à effet de champ à jonction ou JFET, le courant commandé passe de source à drain, ou de drain à source selon le cas. La tension de commande est appliquée entre la grille et la source. Notez que le courant n'a pas à traverser une jonction PN sur son chemin entre la source et le drain :le chemin (appelé canal) est un bloc ininterrompu de matériau semi-conducteur. Dans l'image qui vient d'être présentée, ce canal est un semi-conducteur de type N. Des JFET à canal de type P sont également fabriqués :

JFET canal P

Généralement, les JFET à canal N sont plus couramment utilisés que le canal P. Les raisons en sont liées à des détails obscurs de la théorie des semi-conducteurs, dont je préfère ne pas discuter dans ce chapitre. Comme pour les transistors bipolaires, je pense que la meilleure façon d'introduire l'utilisation des transistors à effet de champ est d'éviter autant que possible la théorie et de se concentrer plutôt sur les caractéristiques opérationnelles. La seule différence pratique entre les JFET à canaux N et P dont vous devez vous préoccuper maintenant est la polarisation de la jonction PN formée entre le matériau de la grille et le canal.

En l'absence de tension appliquée entre la grille et la source, le canal est un chemin grand ouvert pour le passage du courant. Cependant, si une tension est appliquée entre la grille et la source d'une polarité telle qu'elle polarise en inverse la jonction PN, le flux entre les connexions source et drain devient limité ou régulé, comme c'était le cas pour les transistors bipolaires avec une quantité définie de courant de base. La tension grille-source maximale « pince » tout le courant à travers la source et le drain, forçant ainsi le JFET en mode de coupure. Ce comportement est dû à l'expansion de la région d'appauvrissement de la jonction PN sous l'influence d'une tension de polarisation inverse, occupant finalement toute la largeur du canal si la tension est suffisamment élevée. Cette action peut être assimilée à réduire le débit d'un liquide à travers un tuyau flexible en le serrant :avec suffisamment de force, le tuyau sera suffisamment resserré pour bloquer complètement le débit.

Notez comment ce comportement opérationnel est exactement à l'opposé du transistor à jonction bipolaire. Les transistors bipolaires sont des dispositifs normalement éteints :pas de courant dans la base, pas de courant dans le collecteur ou l'émetteur. Les JFET, en revanche, sont des dispositifs normalement activés :aucune tension appliquée à la grille ne permet un courant maximal à travers la source et le drain. Notez également que la quantité de courant autorisée à travers un JFET est déterminée par un signal de tension plutôt que par un signal de courant comme avec les transistors bipolaires. En fait, avec la jonction PN grille-source polarisée en inverse, il devrait y avoir un courant presque nul à travers la connexion de grille. Pour cette raison, nous classons le JFET comme un dispositif commandé en tension et le transistor bipolaire comme un dispositif commandé en courant.

Si la jonction PN grille-source est polarisée en direct avec une faible tension, le canal JFET s'ouvrira un peu plus pour laisser passer des courants plus importants. Cependant, la jonction PN d'un JFET n'est pas conçue pour gérer elle-même un courant substantiel, et il n'est donc pas recommandé de polariser la jonction en aucune circonstance.

Ceci est un aperçu très condensé du fonctionnement du JFET. Dans la section suivante, nous explorerons l'utilisation du JFET comme dispositif de commutation.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les transistors à effet de champ à jonction (JFET)
• Fiche de travail sur les amplificateurs JFET