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Les transistors à effet de champ (TEC OU FET)

Généralités

Le transistor bipolaire est le composant essentiel de l’électronique linéaire. Son fonctionnement repose sur deux types charge: les électrons et les trous, d’où son qualificatif de bipolaire. Le transistor bipolaire convient le mieux pour des nombreuses applications, mais le transistor unipolaire convient le mieux pour certaines applications. Le fonctionnement d’un transistor unipolaire fait appel à un seul type de charge, les électrons ou les trous.
Le transistor à effet de champ est un exemple de transistor unipolaire. Les FET sont les dispositifs commandés en tension contrairement au transistor bipolaire qui est commandé en courant.

Généralement appelé TEC ou FET (Fiel Effect Transistor) On distingue deux types de TEC:

  • Les TEC à jonction ou JFET
  • Les TEC à grille isolée ou MOSFET

Le principe de base commune est de faire varier dans les grandes proportions la résistance d’un semi-conducteur par application d’un champ électrique de commande.


Constitution et symbolisation du JFET

Le JFET est un transistor unipolaire constitué d’un barreau de silicium de type N ou P.

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Le TEC fonctionne comme une résistance modulée par la tension VGS. Lorsque VGS=0 la résistance « Drain-source » a une valeur donnée. Lorsque VGS<0 la zone de dépression entre le canal et la grille s’agrandit. La section du Drain diminue la résistance, la résistance « Drain-source » augmente pour une valeur suffisamment élevée de |VGS| le canal est obstrué, on dit qu’il est pincé, le transistor à effet de champ est bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert. Le TEC ne met en oeuvre qu’un type de conducteur, les électrons pour le canal N et les trous pour le canal P.


Les caractéristiques du TEC

Le TEC est fait pour fonctionner de telle manière que les jonctions grille canal (« source et drain ») soient bloquées ou polarisées en inverse.
Ce qui exige que la tension existante entre la grille et l’une des deux autres électrodes (source et Drain) soit négative ou nulle. Nous verrons que dans ces conditions la tension VGS influence considérablement le courant qui traverse le canal et que l’on appelle le courant de drain ID.
Le montage permettant de tracer les caractéristiques est le suivant:

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Caractéristique d’entrée IG=f(VGS)

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Caractéristique de transfert ID=f(VGS)

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Caractéristique de sortie ID=f(VDS)

Il s’agit d’un réseau de courbe ID=f(VDS) pour VGS quelconque.

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R: zone résistive
C: zone de coude
S: zone de saturation
A: zone d’avalanche
On montre que VP = |VGSoff| + 0,9V = |VGSoff|
Pour VGS=0, on dit que la Grille est court-circuitée. On désigne par IDSS le courant de Drain lorsque VGS=0 ; IDSS=ID|VGS=0
IDSS
est la valeur maximale qu’un JFET peut conduire.


Approximation du TEC

Caractéristique de transfert: approximation parabolique

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Approximation de la région résistive

Dans cette région les caractéristiques ID=f(VDS) sont des droites passant par l’origine. Pour chacun d’entre elle, l’intensité est proportionnelle à la tension VDS.
Le TEC vu entre les bornes D et S se comporte comme résistance parfaite linéaire.
On montre que:
rds = 1/g = VP/2IDSS.VP/(VP+VGS).
Pour VGS=0 rds est min ; rdsmin=VP/2IDSS
5 < rdsmin < 200. Le transistor est saturé
Pour VGS = VGSoff = -VP
rds est max et rds tend vers l’infini
Le transistor est bloqué.

Approchement de la région de saturation

Dans cette région le courant ID varie très peut malgré les variations importantes de la tension VDS. La saturation du transistor commence.
Remarque: Il ne faut pas confondre les deux types de pincement. VGSoff est le pincement par VGS il permet de déterminer le blocage du transistor alors que VP est le pincement par VDS, il permet de savoir si le transistor est saturé.


La polarisation du TEC

Polarisation de grille

Cette façon de polariser n’est pas souvent conseillée.

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On aura une très mauvaise stabilisation du point de repos car les valeurs maximales et minimales du TEC sont trop écartées.
Pour un 2N5459

 IDSSVGSoff
Min4mA-2
Max16mA-8

Polarisation automatique

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Plus la droite ID=-VGS/RS sera horizontale plus IDmax-IDmin sera faible et plus le point de repos sera stable malgré la dispersion des caractéristiques.

Polarisation par pont de grille

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Ce type de polarisation est meilleur que les deux premier cas, il améliore la stabilisation du point de repos Q. Pour améliorer cette stabilisation, il faut que Eth>>|VGS|

Polarisation de source

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Pour que le montage fonctionne très bien il faut que VEE>>|VGS|. Ainsi le point de repos Q sera mieux stabilisé.


Le TEC en régime dynamique

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Pour commodité d’étude on distinguera comme on l’a fait avec le transistor bipolaire:

  • Le régime statique (point de repos) V, VDSQ, TDQ
  • Le régime dynamique (régime des petites variations sinusoïdales) vgs, vds, id d’où les schémas équivalents statiques et en dynamique suivants.
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Schéma équivalent du TEC en petit signaux

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La résistance d’entrée Ri est très élevée de l’ordre de 100M et la résistance de sortie Þ est aussi très élevée d’où le schéma simplifié suivant:

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Montage source commune

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montage grille commune

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Montage Drain commun

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28 novembre 2021
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