V. Transistor à effet de champ

Éléments du fonctionnement

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Fonctionnement interne du TEC : région ohmique, région de pincement, région d'avalanche. Caractéristiques statiques du TEC à jonction. Recherche du point de repos.

1. Fonctionnement interne du TEC

Le transistor à effet de champ (TEC) est caractérisé essentiellement par le courant d’entrée extrêmement faible (souvent négligeable) et le contrôle des courants et tensions du circuit de sortie par la tension appliquée à l’entrée du montage.

Pour cet exposé succinct, c’est le TEC à jonction de type N qui a été choisi.

1.1. Premier cas : \(V_{GS}=0\)

Il suffit de faire \(E'=0\) ou de mettre les électrodes G et S en court-circuit (fil de résistance négligeable).

En augmentant progressivement \(V_{DS}\), il apparaît trois types de fonctionnement : la région ohmique, la région de pincement, la région d’avalanche.

1) Région ohmique : Lorsque \(V_{DS}\) est faible, on peut dire que le canal est ouvert.

Le canal, qui joint le drain et la source apparait comme une résistance pouvant varier de 0,1 à 100 k\(\Omega\), selon le type de TEC. Cette résistance dépend de la forme géométrique du canal (longueur et section) et de son dopage.

La caractéristique courant – tension \(I_D=f(V_{DS})\) à \(V_{GS}=0\) est assimilable à un segment de droite dans la région où \(V_{DS}\) reste faible.

2) Région de pincement : \(V_{DS}>0\) augmente et le courant \(I_D\) reste sensiblement constant.

La caractéristique \(I_D\) à \(V_{GS}=0\) est presque horizontale.

3) Région d’avalanche : Si \(V_{DS}\) continue d’augmenter, la tension appliquée aux jonctions PN croît jusqu’à ce que se produise un claquage par avalanche.

Pour un type donné de TEC, cette limite supérieure de \(V_{DS}\) est connue.

1.2. Deuxième cas : \(V_{GS}<0\)

1) Région ohmique : La résistance du canal est plus grande que lorsque \(V_{GS}=0\). Ce qui fait que la pente de la courbe \(I_D=f(V_{DS})\) est plus faible.

Le canal apparaît une résistance dont la valeur est contrôlée par \(V_{GS}\).

2) Région de pincement : Le courant \(I_D\) est constant, mais plus faible que lorsque \(V_{GS}=0\).

3) Région d’avalanche : Le claquage par avalanche intervient pour \(V_{ds}\) plus faible, (la jonction, pour \(V_{DS}=0\), est déjà polarisée en inverse).

À retenir :

  • Pour \(V_{DS}\) faible, la résistance du canal (drain-source) est réglable et contrôlable par \(V_{DS}\).

  • Dans la région de pincement, \(V_{GS}\) est constante, et \(I_d\) reste sensiblement constant.

Remarque : \(V_{GS}\) contrôle \(I_D\).

La différence fondamentale entre le TEC à jonctions et le transistor bipolaire NPN est que le TEC est basé sur les propriétés des jonctions polarisées en sens inverse : la tension \(V_{GS}\) contrôle une grandeur géométrique, l’épaisseur du canal, laquelle influe sur une grandeur électrique, le courant de drain \(I_D\).

Le courant de drain peut être important puisqu’il est lié au déplacement des porteurs majoritaires du canal. Par contre, le courant de porte \(I_G\) est très faible : il ne fait intervenir que les porteurs minoritaires des jonctions polarisées en inverse.

\(I_G\) étant très faible, une puissance très faible du générateur d’entrée suffit pour contrôler \(I_D\).

2. Caractéristiques statiques du TEC à jonctions

– Grandeurs d’entrée : \(V_{GS}\) et \(I_G\)

– Grandeurs de sortie : \(V_{DS}\) et \(I_D\)

1) La caractéristique d’entrée est sensiblement confondue avec l’axe horizontal des \(V_{GS}\), dans les limites normales d’utilisation du TEC.

2) La caractéristique de sortie est le réseau \(I_D=f(V_{ce})\) à tension d’entrée \(V_{GS}\) constante. Elle correspond au réseau précédent, mais pour des valeurs \(V_{GS}<0\).

3) Une troisième caractéristique est intéressante : la caractéristique statique de transfert : \[I_D=f(V_{GS})\quad\text{à}~~V_{DS}=\text{cte}\]

Elle peut être obtenue graphiquement à partir du réseau de sortie (axes des ordonnées commun aux deux quadrants)

Cette caractéristique est dite de transfertv car elle permet de relier une grandeur de sortie \(I_D\) à une grandeur d’entrée \(V_{GS}\).

3. Utilisation. Recherche du point de repos

La technique appliquée pour trouver le point de repos (graphique) est identique à celle du transistor bipolaire. Il se trouve à l’intersection :

  • de la caractéristique statique de sortie du TEC correspondant à \(V_{GS}=E_G\) ;

  • de la droite de charge statique d’équation : \(V_{DS}=E - R_D~I_D\).

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