Le transistor à effet de champ à jonction (JFET) en tant que commutateur

Comme son cousin bipolaire, le transistor à effet de champ peut être utilisé comme interrupteur marche/arrêt contrôlant l'alimentation électrique d'une charge. Commençons notre enquête sur le JFET en tant qu'interrupteur avec notre circuit interrupteur/lampe familier :

En se souvenant que le courant contrôlé dans un JFET circule entre la source et le drain, nous substituons les connexions de source et de drain d'un JFET aux deux extrémités du commutateur dans le circuit ci-dessus :

Si vous ne l'avez pas remarqué maintenant, les connexions de source et de drain sur un JFET semblent identiques sur le symbole schématique. Contrairement au transistor à jonction bipolaire où l'émetteur est clairement distingué du collecteur par la pointe de flèche, les lignes de source et de drain d'un JFET sont toutes deux perpendiculaires à la barre représentant le canal semi-conducteur. Ce n'est pas un hasard, car les lignes de source et de drain d'un JFET sont souvent interchangeables en pratique ! En d'autres termes, les JFET sont généralement capables de gérer le courant de canal dans les deux sens, de la source au drain ou du drain à la source.

JFET en tant que commutateur ouvert

Maintenant, tout ce dont nous avons besoin dans le circuit est un moyen de contrôler la conduction du JFET. Avec une tension appliquée nulle entre la grille et la source, le canal du JFET sera "ouvert", permettant à la lampe de recevoir le plein courant. Afin d'éteindre la lampe, nous devrons connecter une autre source de tension continue entre les connexions de grille et de source du JFET comme ceci :

JFET en tant que commutateur fermé

La fermeture de cet interrupteur "pincera" le canal du JFET, le forçant ainsi à se couper et éteignant la lampe :

Notez qu'il n'y a pas de courant passant par la porte. En tant que jonction PN polarisée en inverse, elle s'oppose fermement au passage du courant à travers elle. En tant que dispositif contrôlé en tension, le JFET nécessite un courant d'entrée négligeable. C'est une caractéristique avantageuse du JFET par rapport au transistor bipolaire :il n'y a pratiquement aucune puissance requise du signal de commande.

Ouvrir à nouveau l'interrupteur de commande devrait déconnecter la tension continue de polarisation inverse de la grille, permettant ainsi au transistor de se rallumer. Idéalement, de toute façon, c'est comme ça que ça marche. En pratique, cela peut ne pas fonctionner du tout :

Pourquoi est-ce? Pourquoi le canal du JFET ne s'ouvre-t-il pas à nouveau et ne laisse-t-il pas passer le courant de la lampe comme il le faisait auparavant sans tension appliquée entre la grille et la source ? La réponse réside dans le fonctionnement de la jonction grille-source polarisée en inverse. La région d'appauvrissement à l'intérieur de cette jonction agit comme une barrière isolante séparant la grille de la source. En tant que tel, il possède une certaine quantité de capacité capable de stocker un potentiel de charge électrique. Une fois que cette jonction a été forcée en polarisation inverse par l'application d'une tension externe, elle aura tendance à maintenir cette tension de polarisation inverse en tant que charge stockée même après que la source de cette tension a été déconnectée. Ce qui est nécessaire pour rallumer le JFET est de purger cette charge stockée entre la grille et la source via une résistance :

Résistance de saignement

La valeur de cette résistance n'est pas très importante. La capacité de la jonction grille-source du JFET est très petite, et donc même une résistance de fuite de valeur plutôt élevée crée une constante de temps RC rapide, permettant au transistor de reprendre la conduction avec peu de retard une fois le commutateur ouvert.

Comme le transistor bipolaire, peu importe d'où ou de quoi vient la tension de commande. Nous pourrions utiliser une cellule solaire, un thermocouple ou tout autre type de dispositif générateur de tension pour fournir la tension contrôlant la conduction du JFET. Tout ce qui est requis d'une source de tension pour le fonctionnement du commutateur JFET est suffisant tension pour réaliser le pincement du canal JFET. Ce niveau est généralement de l'ordre de quelques volts CC, et est appelé le pincement ou coupure Tension. La tension de pincement exacte pour un JFET donné est fonction de sa conception unique et n'est pas un chiffre universel comme 0,7 volt pour la tension de jonction base-émetteur d'un BJT en silicium.

AVIS :

• Les transistors à effet de champ contrôlent le courant entre les connexions de source et de drain par une tension appliquée entre la grille et la source. Dans une jonction transistor à effet de champ (JFET), il existe une jonction PN entre la grille et la source qui est normalement polarisée en inverse pour le contrôle du courant source-drain.
• Les JFET sont des appareils normalement allumés (normalement saturés). L'application d'une tension de polarisation inverse entre la grille et la source provoque l'expansion de la région d'épuisement de cette jonction, « pinçant » ainsi le canal entre la source et le drain à travers lequel le courant contrôlé circule.
• Il peut être nécessaire de fixer une résistance de « purge » entre la grille et la source pour décharger la charge stockée accumulée à travers la capacité naturelle de la jonction lorsque la tension de contrôle est supprimée. Sinon, une charge peut rester pour maintenir le JFET en mode de coupure même après que la source de tension a été déconnectée.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

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