Transistores uni-junção e FET em 12 aulas

Electrónica Analógica em
12 aulas
AULA 7:
TRANSÍSTORES UNI-JUNÇÃO E DE EFEITO
DE CAMPO (FET)
Prof. Doutor Rogério José Uthui
adaptado das aulas do Professor Newton C. Braga, a partir das aulas na Internet do CBNB

AULA 7: TRANSÍSTORES UNI-JUNÇÃO E DE EFEITO DE
CAMPO
CONTEÚDO:
7.1. Estrutura do transístor uni-junção
7.2. O transístor de efeito de campo de junção (JFET): estrutura,
família de curvas, configurações de JFET e circuitos de polarização
7.3. Transístor de efeito de campo MOS-FET (metal oxide
semiconductor field effect transistor)
7.4. Cuidados com as descargas electroestáticas (ESD –
electrostatic discharges)
7.5. Polarização de MOS-FET´ s e circuitos com MOS-FET´s.

7.1. ESTRUTURA DO TRANSÍSTOR UNI-JUNÇÃO
Num pedaço de material semicondutor do tipo N
são ligados dois elementos de conexão externa
(eléctrodos) que recebem a denominação de
base 1 (B1) e base 2 (B2).
Entre os dois pontos de conexão não existem
junções para a corrente atravessar logo, entre
estes dois pontos temos uma resistência pura, ou
seja, uma resistência ôhmica (tipicamente entre 4
kΩ e 15 kΩ;
No meio do material é difundida uma região de material semicondutor do tipo P, de modo
que entre elas se forma uma junção que é a única junção do transistor, na qual é ligado o
terceiro eletrodo do transistor unijunção que recebe o nome de emissor (E).
Para fazer funcionar o UJT aplicamos uma tensão positiva a base 2 e ligamos a base 1 à
terra, de modo que entre elas circule uma pequena corrente, determinada apenas pela
resistência ôhmica entre os dois pontos.

A região de emissor, entretanto, fica numa posição
tal em relação ao material, que temos do lado do
material N certa tensão intermediária entre o
positivo aplicado e zero volt. A própria junção se
comporta como se tivéssemos um diodo ligado a
um divisor de tensão, conforme mostra a figura a
seguir.
Circuito equivalente ao transistor unijunção
As correntes no transistor unijunção A junção entre RB1 e RB2, onde está ligado o diodo,
representa a posição da junção semicondutora em
relação ao material N.
A divisão de valores entre estas duas resistências
RB1 e RB2 fixa uma importante característica do
transistor, que é a chamada Relação Intrínseca,
abreviada por η. Assim, se a divisão de resistências
do material for exatamente ao meio, ou seja, RB1 for
igual a RB2, a relação intrínseca será de 0,5.

Se aplicarmos uma tensão positiva no emissor do transistor
unijunção, de modo a fazer com que ocorra a condução de
corrente por este elemento, teremos de vencer dois obstáculos.
O primeiro é a própria junção do diodo que existe no local, que
nada mais é do que a junção entre o emissor e o elemento onde
estão ligadas as bases. Para vencer esta junção precisamos de
0,6 V, aproximadamente, já que o material é o silício.
O segundo obstáculo é a tensão que existe no ponto em que está
ligado o diodo, ou seja, a união entre RB2 e RB1. A tensão neste
ponto está justamente determinada pela relação intrínseca.
Assim, se aplicarmos 10 V ao transistor, e sua relação intrínseca
for de 0,6, isso significa que precisaremos de 0,6 x 10 = 6 V da
relação intrínseca, e mais 0,6 V da junção, para vencer os
obstáculos e tornar o transistor condutor. Precisamos então 6,6 V
para que isso ocorra, conforme mostra a figura ao lado.
Disparando o transistor unijunção

Apliquemos uma tensão crescente no emissor.
Neste caso, o que ocorre é que a condução não se faz de
maneira suave, mas sim abrupta; o transistor repentinamente tem
sua resistência reduzida entre o emissor e a base 1, podendo
conduzir assim uma corrente muito intensa. Esta resistência que,
conforme vimos, pode ter valores entre 4 000 ohms até 15 000
ohms ou mais, repentinamente cai para um valor que pode ser
tão baixo de alguns ohms apenas. Um valor típico para esta
resistência, é de apenas 20 ohms.
Podemos dizer que, em função do que foi visto, o transistor
unijunção se comporta como um interruptor acionado por tensão.
No ponto de disparo, sua resistência cai acentuadamente
caracterizando assim uma curva em que temos uma resistência
negativa, conforme o leitor constatará na figura abaixo
Característica do transistor unijunção

7.2. O TRANSÍSTOR DE EFEITO DE CAMPO DE JUNÇÃO (JFET):
estrutura, família de curvas, configurações e circuitos de polarização
Estrutura do JFET e seus símbolos
No material que forma o canal são ligados dois
eletrodos denominados fonte (abreviado por s de
“source” em inglês) e dreno (abreviado por d de
“drain”). No meio deste material é implantada uma
segunda região semicondutora de material de carga
oposta (P nos de material N e N nos de material P) que
forma uma estreita passagem para a corrente, que vai
da fonte ao dreno. Esta região é a da comporta,
abreviada por g (de “gate” em inglês).
O fluxo de cargas entre a fonte e o dreno pode ser
controlado pela tensão aplicada à comporta,
responsável por cargas estáticas capazes de atuar com
um campo nesta região.

Tomando então um FET de canal N,
conforme mostra a figura, a corrente entre o
dreno e a fonte é máxima quando a tensão
entre a comporta e a fonte é zero. Aplicando-
se, a partir deste ponto, uma tensão inversa
àquela que polariza a junção do transistor, o
canal para a passagem da corrente entre o
dreno e a fonte vai estreitando-se pela
presença de cargas elétricas, o que significa
a redução da intensidade da corrente.
.
Veja que não podemos aplicar uma tensão que polarize a junção directamente, pois aí temos
a simples condução desta corrente, e não o controle da corrente entre o dreno e a fonte.
Uma tensão em g controla a corrente entre D e S.

Para certa faixa de tensões entre o dreno e a
fonte, a proporcionalidade entre a corrente de
dreno e a tensão de comporta é quase linear, o
que possibilita usar este dispositivo como
amplificador de sinais como o transistor. Na
figura ao lado, pode-se ver uma “família” de
curvas de um transistor de efeito de campo.
Família de curvas de um JFET
O ganho de um FET é expresso por uma grandeza
chamada transcondutância (abreviada por gm),
correspondendo à relação que existe entre a variação
da corrente de dreno em relação a variação da tensão
de comporta e expressa-se em Siemens.

Configurações dos JFETs

Circuitos de Polarização dos JFETs

7.3. TRANSÍSTOR DE EFEITO DE CAMPO MOS-FET (metal
oxide semiconductor field effect transistor)
• MOSFET significa transistor de efeito
de campo de óxido de metal
semicondutor.
• Este transístor em sua estrutura e
funcionamento básicos, ele se
diferencia bastante em alguns
pontos dos transistores de efeito de
campo de junção, exigindo assim
uma explicação separada.
• Na figura ao lado está a estrutura de
trasístores MOSFET

• A base de montagem do semicondutor é um substracto que, conforme o nome
sugere, serve apenas de suporte físico para a montagem dos demais elementos.
Neste substracto são difundidas duas regiões de material semicondutor do tipo N
que são interligadas por um pedaço de material condutor, formando o “canal”.
• Sobre o canal é colocada uma placa de filme metálico e, isolando-a do material
condutor do canal, existe uma finíssima camada de óxido de silício. Os eléctrodos
ligados ao material N recebem os nomes de fonte (abreviada por s de “source” do
inglês), e dreno (abreviada por d de “drain”). No material condutor isolado pela
capa de óxido de silício temos um eléctrodo que recebe o nome de comporta
(gate ou abreviadamente g do termo em inglês).
• Da mesma forma que num transistor de efeito de campo de junção, podemos
controlar a passagem da corrente entre a fonte e o dreno, a partir de uma tensão
aplicada à comporta.

• O facto de a comporta, que é o eletrodo de controle, estar praticamente
isolada do canal por onde flui esta corrente, faz com que este dispositivo
apresente uma elevadíssima impedância de entrada. A única corrente que
flui no eletrodo de comporta é a de fuga, da ordem de bilionésimos de
ampère, que não é significativa numa aplicação prática comum.
• Mas, se a finíssima capa de óxido garante esta importante propriedade que é
a impedância de entrada alta, ela também é responsável pela extrema
sensibilidade que o dispositivo apresenta a tensões elevadas.
• A simples carga acumulada no corpo de uma pessoa que caminha num tapete,
ou que simplesmente trabalha num local seco, o simples toque de uma
ferramenta que esteja ligada a uma fonte de tensão mais alta, pode provocar
uma faísca entre a comporta e o canal, destruindo a capa de óxido e assim o
componente.

7.4. CUIDADOS COM AS DESCARGAS (ESD – electrostatic
discharges)
Protegendo o MOSFET contra descargas estáticas Usando diodos de proteção
• Os MOSFETs, além de sua elevadíssima resistência de entrada, que pode chegar em alguns casos a
mais de 100 000 000 000 000 ohms (100 teraohms!), também são dispositivos de velocidade de
operação muito alta.
• Estes transistores facilmente podem amplificar ou gerar sinais de até 500 MHz.

7.5. POLARIZAÇÃO DE MOSFET’s e circuitos com MOSFET’s
Família de curvas de um MOSFET Polarização de comporta de um MOSFET

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