M042 - O Transistor Jfet

Como funciona o transistor Jfet?

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Transistor de Efeito de Campo

Nós já vimos em módulos anteriores que existem alguns tipos diferentes de transistores. Os principais são os bipolares de junção (BJT) e os de efeito de campo (JFet e MosFet). Vamos estudar neste módulo o JFet que é um transistor baseado no princípio do Efeito de Campo.

Na figura 1 apresentamos os símbolos eletrônicos para os transistores JFet.

JFet é uma abreviação para Junction Field Efect Transistor, ou, traduzindo, transistor de junção por efeito de campo. Quando nós estudamos os transistores bipolares no Módulo M026, nós vimos que nos transistores bipolares é preciso injetar uma pequena corrente na base para controlar a passagem de corrente entre o coletor e emissor. Por isso os transistores bipolares são conhecidos como amplificadores de corrente. Uma pequena corrente na base pode controlar uma corrente bem maior entre coletor e emissor. No caso do JFet, o controle de corrente entre Drain e Source é feito pela aplicação de uma tensão no Gate e normalmente a corrente que circula pelo Gate é muito pequena, como veremos adiante.

De forma semelhante aos transistores bipolares, os JFets também tem 3 terminais. Mas os nomes são diferentes. Gate (ou porta), Drain (ou Dreno) e Source (ou Fonte) e são de 2 tipos básicos, os de canal P e os de canal N.

Na figura 2 apresentamos um modelo simplificado de transistor JFet de canal N. O transistor JFet é construído por um substrato de determinada dopagem (P ou N) e uma junção PN com a área de Gate, de dopagem contrária ao substrato. No nosso exemplo o substrato é N e o Gate P.

Nós vimos no estudo de Diodos que quando formamos uma junção PN, normalmente aparece uma zona de depleção, fraca em portadores de carga. No nosso exemplo isto ocorre porque parte dos elétrons livres do substrato N cruzam a junção para se recombinar com lacunas do Gate. Assim a zona de depleção mostrada na figura 2 é má condutora pela pouca quantidade ou mesmo ausência de portadores de carga. Vimos também que com a formação da zona de depleção na junção PN, aparece um campo elétrico chamado de tensão intrínseca da junção. A área no substrato entre as dopagens de Gate é chamada de Canal de Condução e no caso do exemplo da figura 2, o canal está fechado, já que as zonas de depleção atingem todo o canal. Nesta situação a corrente através do transistor é muito pequena.

Mas se começarmos a elevar a tensão aplicada ao Gate do transistor (figura 3), a tensão de Gate começa a se opor à tensão intrínseca da junção Gate - Substrato, fazendo que a zona de depleção fique mais fina. Este efeito causará a abertura do Canal de Condução e a corrente começará a circular entre Drain e Source (figura 3).

Com a explicação acima, dá para ver que o princípio de funcionamento do transistor de efeito de campo é bem diferente do bipolar. Mas apenas para facilitar a memorização, podemos fazer a seguinte analogia:

Dependendo da aplicação, o transistor de Efeito de Campo apresenta duas grandes vantagens em relação ao Bipolar. A corrente de Gate é normalmente bem inferior à corrente de base, já que no JFet a junção Gate - Substrato trabalha reversamente polarizada.

Outra vantagem é a tensão de saturação. Você pode relembrar o que é tensão de saturação aqui. No transistor Bipolar, a corrente que circula entre Coletor e Emissor é obrigada a passar por 2 junções: a junção Coletor-Base e a junção Base-Emissor. A passagem da corrente pela junção sempre provoca uma queda de tensão que vai se somar à tensão de saturação do transistor. Já no caso dos transistores de Efeito de Campo, o material entre Drain e Source é o mesmo, sem junções a serem atravessada. O comportamento é próximo do resistivo e conforme a construção do transistor a tensão de saturação pode ser bem próxima de zero.

Só como comparação, a tensão de saturação de um transistor bipolar de pequena capacidade (200mA de corrente Coletor - Emissor) é de cerca de 50mV, mesmo para correntes pequenas. Já no JFet de capacidade equivalente, pode chegar muito próxima de zero para pequenas correntes Drain - Source.