LIMI

1. Escola Secundária Alfredo da Silva
Curso Profissional de Técnico de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina: Electricidade e Electrónica: Mód.7 – Transístores / 11H / FT5
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JFET
13.1. Introdução:
O transístor bipolar,que estudámosanteriormente,baseiaoseufuncionamentoemdois tipos
de carga: electrões e lacunas. Por isso se chama bipolar.
Estudaremosagoraum outro tipode transístor, chamado transístor de efeito de campo (FET).
Este tipo é unipolar porque o seu funcionamento depende apenas de um tipo de carga, seja
ele electrõeslivresoulacunas.Poroutraspalavras,o FET tem portadoresmaioritáriosmasnão
tem minoritários.
Para a maioriadas aplicaçõeslineares, o dispositivo mais usado é o transístor bipolar. Mas há
algumas aplicações lineares para as quais o FET se adequa melhor, já que tem uma alta
impedância,entre outraspropriedades. Por outro lado, é o tipo preferido para aplicações em
que funciona como interruptor. Isto porque, não havendo portadores minoritários, pode
cortar mais rapidamente jáque não existe carga armazenada que se deva eliminar da junção.
Há dois tipos de transístores unipolares: JFET e MOSFET
Ideias Básicas
figura 1 – (a) parte do JFET; (b) JFET de porta única
A figura 1.a) mostra uma secção de semicondutor tipo n.
O extremo inferior chama-se fonte (source) e o superior dreno (drain).
A fonte de alimentação VDD obriga os electrões livres a circular da fonte até ao dreno.
Para se produzir um JFET é preciso ainda difundir áreas de semicondutor tipo p, como se
mostra na figura1.b).Estas duasáreas encontram-se ligadasentre si e exteriormente para um
terminal chamado porta (gate).

2. Efeito de Campo
figura 2 – polarização normal do JFET
A figura2 mostra a maneiranormal de polarizarum JFET: A tensão de alimentação do dreno é
positiva e a da porta é negativa.
O nome “efeito de campo” vem das zonas de deplecção que rodeiam cada zona p e onde os
electrões livres da zona n se recombinam com as lacunas da zona p.
Corrente de porta
Num JFET, a junção porta-fonte é sempre polarizada inversamente.
Issofaz com que IG sejaaproximadamente zero  o JFET tem uma R de entrada praticamente
infinita (centenas de M).
A tensão de porta controla a corrente de dreno
Quanto mais negativa for a tensão de porta maior é a zona de deplecção e mais estreito é o
canal n por onde os electrões livres passam da fonte para o dreno, diminuindo assim a
corrente de dreno.
O JFET é poisumdispositivocontroladoportensãode entrada(VGS) que controlaumacorrente
de saída.
Símbolo
O JFET que vimos chama-se de canal n, por razões óbvias, cujo símbolo é um de:

3. figura 3 – esquerda: símbolo eléctrico; direita: símbolo com porta deslocada
Existe um JFET de canal p, com todas as correntes e tensões invertidas.
Exemplo:
Supondoumacorrente de porta de 2 nA,num JFET MPF 102, quandoa tensãode portainversa
é de 15V, qual é a resistência de entrada em contínua do dispositivo?
Solução:
Usando a lei de ohm:
Rin = 15 V / 2 nA = 7500 M
13.2. Características de Saída
Na figura seguinte mostra-se um JFET com tensões de polarização normais:
figura 4 – (a) polarização normal; (b) tensão zero na porta; (c) corrente de dreno com a porta
em curto

4. Corrente de Dreno máxima
Se fizermos VGS = 0, isto é, se curto-circuitarmos a porta e a fonte, a corrente de dreno é
máxima.
A figura 4.b) mostra o gráfico da corrente de dreno ID em função de VDS para esta situação.
Vemosque quandoVDS aumentaa corrente aumenta também muito, mas depois, quando VDS
atinge o valor VP, no qual o canal já é estreito, a corrente não aumenta mais (IDSS).
A zonaactiva estáentre VP (tensãode estrangulamento) e VDSmáx (tensãode ruptura),na qual o
JFET actua como uma fonte de corrente IDSS (é um dos parâmetros mais importantes do JFET -
é o seu limite de corrente) com VGS = 0.
A parte inicial da curva é a chamada zona óhmica, em que:
RDS = VP / IDSS
Corte e Estrangulamento da Porta
Se VGS variar, temos uma família de curvas de saída, como se mostra no exemplo seguinte:
figura 5 – características de saída
A curva inferioré especialmente importante. Observe-se que um VGS = - 4 V reduz a corrente
de drenoquase a zero.Esta tensão chama-se tensãoporta-fonte de corte, VGSoff, e é quando o
canal desaparece.
Note-se que VGSoff = - VP
Exemplo 2:
Um JFET MPF4857 tem VP = 6V e IDSS = 100 mA.
Qual é a sua resistência óhmica?
Qual é a sua tensão de corte porta-fonte?
Solução:
RDS = 6 V / 100 mA = 60 
VGSoff = - VP = -6 V

5. 13.3. Características de Transferência
É um gráfico que representa ID em função de VGS
Há um gráfico para cada valor de VDS
figura 6 – característica de transferência
Exemplo 3:
Um 2N5668 tem VGS(off) = - 4V e IDSS= 5 mA.Quaissão as tensõesde portae corrente de dreno
no ponto médio de corte?
Solução
No ponto médio de corte VGS = -4/2 = -2V
e a corrente de dreno é ID = 5 mA / 4 = 1,25 mA
Exemplo 4:
Um 2N5459 tem VGS(off) = -8V e IDSS = 16 mA. Qual é a corrente de dreno no ponto médio de
corte?
A corrente de dreno é um quarto do valor máximo ou seja, ID = 4 mA.
A tensão porta-fonte que produz esta corrente é de -4V, metade da tensão de corte.
13.4. Polarização na zona óhmica
O JFET pode estarpolarizadonazona óhmicaou na zonaactiva. Quandoo polarizamosnazona
óhmica, comporta-se como uma resistência; na zona activa comporta-se como uma fonte de
corrente.

6. Polarização de Porta
figura 7 – (a) polarização deporta;(b) ponto Qinstávelna zona activa; (c) polarização na zona
óhmica; (d) o JFET é equivalente a uma resistência
VD = VDD - ID.RD
Este tipo de polarização não é bom para polarizar o JFET na zona activa já que IDSS e VGS(off)
variam muito de transístor para transístor (ex: 4 a 16 mA e -2 a -8 V), pelo que Q é muito
instável, mas é bom para polarizar na zona óhmica:
IDsat = VDD / RD
Para estarmos seguros que de que o JFET está polarizado na zona óhmica, só precisamos de
fazer VGS = 0 e:
IDsat << IDSS
Por exemplo, se um JFET tem IDSS = 10 mA, a saturação forte ocorrerá se VGS = 0 e IDsat = 1 mA
Nesta zona podemos substituir o JFET por uma resistência de valor RDS.
Exemplo 5:
Qual é a tensão de dreno na figura seguinte?

7. figura 8 – Exemplo 5
Solução:
ComoVP = 4 V, VGS(off) = - 4 V.Antesdoponto A, a tensão de entrada é de -10 V e o JFET está ao
corte. Neste caso, a tensão de dreno é de VD = 10 V.
Entre os pontos A e B, a tensão de entrada é 0V. O limite superior da recta de carga para
corrente contínua tem uma corrente de saturação de IDsat = 10 V / 10 k = 1 mA.
A figura seguinte mostra-nos a recta e carga para corrente contínua. Como IDsat é muito
menor que IDSS, o JFET está em saturação forte.
figura 9 – Exemplo 5
A resistência óhmica vale:
RDS = 4 V / 10 mA = 400 
Então, VD = 400  / (10 k + 400 ) . 10 V = 0,385 V

8. 13.5. Polarização na Zona Activa
Polarização com Divisor de Tensão
figura 10 – polarização com divisor de tensão
VS = VG - VGS
VG - VGS VG
ID = ----------------  -------- (pois, normalmente, VG >> VGS e por isso
RS RS desprezamos VGS na análise)
Comoresultado,acorrente de drenoé quase constante paraqualquer JFET, mesmo tendo em
atenção a sua grande discrepância de parâmetros, de um exemplar para outro.
A figuraseguinte mostra a recta de carga para contínua. Para um amplificador, o ponto Q tem
que estar na zona activa. Isso significa que VDS é muito maior que ID . RDS (zona óhmica) e
menor que VDD (corte).

9. figura 11 – recta de carga para corrente contínua
 ... Polarização com duas fontes; com fonte de corrente; autopolarização.
Exemplo 6:
Desenhar a recta de carga para corrente contínua e o ponto Q da figura:
figura 12 – Exemplo 6
Solução:
O divisor de tensão produz uma tensão de porta de 10 V.
Desprezando VGS, temos que VS = 10 V
A corrente de dreno é: ID = 10 V / 2 k = 5 mA
E a tensão de dreno: VD = 30 V - (5 mA) . (1 k) = 25 V
A tensão dreno-fonte vale: VDS = 25 V - 10 V = 15 V
A corrente contínua de saturação vale: IDsat = 30 V / 3 k = 10 mA
E a tensão de corte: VDScorte = 30 V
Então a recta de carga é:

10. figura 13 – recta de carga do exemplo 6
13.6. Transcondutância
Para analisar amplificadores com JFET, precisamos estudar um parâmetro para sinal que se
denomina transcondutância, que é dada por:
gm = id / vgs
Ela diz-nos quão eficiente é a tensão porta-fonte para controlar a corrente de dreno.
A sua unidade é o mho ou Siemen.
Em termosde curva de transferência(ID versusVGS),umamaiortranscondutânciacorresponde
a uma maior inclinação na curva de transferência, conforme se vê na figura a seguir:
figura 14 – direita:transcondutância;centro:circuito equivalentepara sinal; esquerda:variação
de gm
O dreno de um JFET actua como uma fonte de corrente com um valor gm.vgs
A equação de gm para qualquer valor de VGS é:
VGS
gm = gm0 (1 - --------------- )
VGS(off)
-2.IDSS
sendo gm0 o valor de gm quando VGS é zero e VGS(off) = ------------
gm0
Vemos que gm diminui linearmente quando VGS se torna mais negativa, propriedade que é
muito útil no CAG (Controle Automático de Ganho)

11. Exemplo 7:
Um 2N5457 tem uma IDSS = 5 mA e uma gm0 = 5000 S.
Qual é o valor de VGS(off)?
Quanto vale gm quando VGS = 1 V ?
Solução:
- 2 . (5 mA)
VGS(off) = -------------------
5000 S
gm = (5000 S) . ( 1 - ½) = 2500 S
13.7. Amplificação com JFET
A figura seguinte mostra um amplificador em fonte comum
figura 15 – amplificador de fonte comum
Os condensadoresde acoplamentoe de desacoplamentosãocomocurto-circuitosparao sinal,
peloque este está acoplado directamente na porta. Como a fonte está desacoplada à massa,
toda a tensão alterna de entrada aparece entre a porta e a fonte. Esta produz uma corrente
alterna de dreno, que circula pela resistência de dreno, originando uma tensão invertida e
amplificada. Esse sinal de saída está acoplada à resistência de carga.
Ganho de Tensão
Após alguma análise com o circuito equivalente, poderemos chegar a:
A = gm . rd

12. Seguidor de Fonte
figura 16 – seguidor de fonte
O sinal de entradachegapelaporta e o sinal de saída estáacopladoda fonte para a resistência
de carga. Como o seguidor de emissor, tem um ganho de tensão inferior a 1. A sua principal
vantagem é a sua alta resistência de entrada.
O seu ganho de tensão será:
gm . rs
A = -----------------
1 + gm . rs
Exemplo 8:
Se gm = 5000 S, na figura seguinte, qual será o sinal de saída?
figura 17 – exemplo 8 – exemplo de amplificador em fonte comum
Solução:
A resistência para sinal de dreno é:
rd = 3,6 k // 10 k = 2,65 k
O ganho de tensão é:
A = (5000 S) . (2,65 k) = 13,3
A tensão de saída será:

13. vout = 13,3 . (1 mV pp) = 13,3 mV pp
Exemplo 9:
Se gm = 2500 S, na figura seguinte, qual é o sinal de saída do seguidor de fonte?
figura 18 – exemplo 9 – exemplo de seguidor de fonte
Solução:
A resistência para sinal de fonte é:
rs = 1 k // 1 k = 500 
(2500 S) . (500 )
A = ------------------------------- = 0,556
1 + (2500 S) . (500 )
Devido à impedância de entrada ser 1M, o sinal de entrada na porta é aproximadamente 1
mV. esta forma a tensão de saída é:
vout = 0,556 . (1 mV) = 0,556 mV
Questões:
1. Um JFET
a) É um dispositivo controlado por tensão 
b) É um dispositivo controlado por corrente 
c) Tem uma resistência de entrada pequena 
d) Tem um ganho de tensão muito grande 
2. Um transístor unipolar utiliza
a) Tantos electrões como lacunas 
b) Só electrões livres 
c) Só lacunas 
d) Um deles, mas não ambos 

14. 3. A impedância de entrada de um JFET
a) Tende para zero 
b) Tende para um 
c) Tende para infinito 
d) É impossível de prever 
4. A porta controla
a) A largura de canal 
b) A corrente de dreno 
c) A tensão de porta 
d) Todos os anteriores 
5. O díodo porta-fonte de um JFET deveria estar
a) Polarizado directamente 
b) Polarizado inversamente 
c) Polarizado tanto directamente como inversamente 
d) Nenhuma das anteriores 
6. Comparando com um transístor bipolar, o JFET tem muito mais
a) Ganho de tensão 
b) Resistência de entrada 
c) Tensão de alimentação 
d) Corrente 
7. A curva de transferência é
a) Linear 
b) Similar ao gráfico de uma resistência 
c) Não linear 
d) Nenhuma das anteriores 
8. A transcondutância aumenta quando a corrente de dreno se aproxima de
a) 0 
b) ID(sat) 

15. c) IDSS 
d) IS 
9. Um amplificador de fonte comum tem um ganho de tensão igual a
a) gm . rd 
b) gm . rs 
c) gm . rs / (1 + gm . rs) 
d) gm . rd / (1 + gm . rd) 
Problemas
1. Um 2N5458 temuma corrente de porta de 1nA quandoa tensãoinversa é de -20V. Qual é a
resistência de entrada da porta?
2. Um 2N5640 tem uma corrente de porta de 1 A quando a tensão inversa é de -10V e a
temperatura ambiente de 100ºC. Qual é a resistência de entrada da porta?
3. Um JFET tem IDSS = 16 mA e VP = 3V. Qual é a tensão porta-fonte de corte? E o valor de RDS?
4. Um 2N5555 tem IDSS = 15mA e VGS(off) = -2V. Qual é a tensão de estrangulamento para este
JFET? Qual é a resistência dreno-fonte RDS?
5. Um 2N5457 tem IDSS = 1 a 5 mA e VGS(off) = -0,5 V a -6V. Quais são os valores mínimo e
máximo de RDS?
6. Um 2N5462 temIDSS = 8 mA e VGS(off) = - 4V. Qual á a tensãode portae a corrente de saída na
metade de corte?
7. Se um 2N5486 temIDSS = 14 mA e VGS(off) = -4 V, qual é a corrente de saída quandoVGS = -1V?
E quando VGS = -3 V?
8. Qual é a corrente de saturação de dreno na figura 19 a) ? E a tensão de dreno?
figura 19 a) figura 19 b)

16. 9. Se a resistência de 10 k da figura 19 a) aumentar para 30 k, qual a tensão de dreno?
10.Qual é a tensão no dreno na figura 19 a) ?
11. Se a resistência de 20 k da figura 19 b) se reduzir para 10 k, qual é a corrente de
saturação do dreno? E a tensão de dreno?
12. Qual é a tensão de dreno na figura 20?
figura 20
13. Desenhe a recta de carga em contínua e o ponto Q para a figura 20.
14. Qual a tensão de dreno na figura 21 ?
figura 21

17. 15. Um 2N4416 tem uma IDSS = 10 mA e gm0 = 4000 S. Qual é a tensão porta-fonte de corte?
Qual é o valor de gm0 para VGS = -2 V?
16. Um 2N3370 tem uma IDSS = 2,5 mA e gm0 = 1500 S.
Qual é o valor de gm para VGS = -1 V’
17. Se gm = 3000 S na figura 22 a), qual é a tensão alterna de saída?
figura 22
18. O amplificador JFET da figura 22 a) tiver a característica mostrada na figura 22 b), qual é a
tensão alterna de saída?
19. Se o seguidor de fonte da figura 23 a) tem uma gm = 2000 S, qual é a tensão alterna de
saída?
figura 23
20. O seguidor de fonte da figura 23 a) tiver a característica de transferência mostrada na
figura 23 b), qual a tensão alterna de saída?