1
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
FET - Transistor de Efeito de Campo
Introdução
Uma importante classe de transistor são os dispositivos FET – (Field Effect Transistor). Transistor de
Efeito de Campo. Como nos Transistores de Junção Bipolar (BJT) que são utilizados amplamente em
circuitos lineares, existem aplicações nos quais os Transistores Unipolares, os FET, apresentam
melhores características.
Nos FET o parâmetro de controle é o campo elétrico através da junção. A vantagem importante dos
dispositivos de Efeito de Campo é que não precisa haver uma corrente no elemento de controle. Isso
resulta em uma impedância de entrada bastante elevada, e uma corrente de fuga bastante baixa, por isso
muito utilizado atualmente.
A primeira referência foi apresentada numa patente feita em 1930, por Julius Edgar Lilienfeld, um
pesquisador ucraniano nascido em 1882 e que imigrou para os EUA na década de 20 do século
passado. Sua idéia era controlar a condutividade de um material, por um campo elétrico transversal;
mas o sistema proposto por Lilenfeld não funcionaria na prática. O domínio de semicondutores e da
física necessária para a construção dos FET só apareceria no início dos anos cinquenta.
Há dois tipos principais de FET:
 JFET - Transistores de Efeito de Campo de Junção (Junction Field Effect Transistor)
 MOSFET - Transistor de Efeito de Campo de Metal Óxido Semicondutor (Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor).
São amplamente utilizados em:







Amplificador de Áudio.
Pré-amplificador de Vídeo.
Estágios amplificadores de Rádio Frequência.
Instrumentos de medições.
Chaveamento de cargas.
Circuitos digitais.
Fontes de Alimentação (Chaveada).
Eletrônica Industrial
2
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
O FET é conhecido como transistor unipolar porque a condução de corrente acontece por apenas um
tipo de portador (elétron ou lacuna), dependendo do tipo do FET, de canal N ou de canal P. O nome
“efeito de campo” decorre do fato que o mecanismo de controle do componente ser baseado no campo
elétrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de controle (GATE).
O Transistor JFET recebe este nome porque é um transistor FET de Junção.
A figura acima apresenta um JFET de Canal N e Canal P e tem as seguintes partes constituintes:
 FONTE: (SOURCE) fornece os elétrons livres
 DRENO: (DRAIN) drena os elétrons,
 PORTA: (GATE) controla a largura do canal, controlando o fluxo dos elétrons entre a
fonte e o dreno.
Ainda observando a figura acima, a seta apontando para dentro representa uma junção pn de um diodo.
O JFET de canal p tem as mesmas partes constituintes de um JFET de canal n, porém seu símbolo
apresenta a seta em sentido contrário, e as correntes e tensões são consideradas invertidas em relação ao
JFET de canal n.
Características do FET
 Controle por Tensão: a corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão aplicada na
porta. No caso do transistor BJT, a corrente de coletor é controlada pela corrente de base.
 Alta Impedância de Entrada: para que seja possível o controle de corrente do canal n é
necessário que se produza uma polarização reversa na junção da porta, circulando apenas
uma corrente de fuga, provocando desta forma um aumento na região de depleção e um
estreitamento do canal; com isto, têm-se baixas correntes de porta e consequentemente a alta
impedância. Já nos BJT, ocorre o inverso, ou seja, baixa impedância devido a junção PN ser
polarizada diretamente.
Eletrônica Industrial
3
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
 Outras Características: os transistores JFET apresentam menores ganhos em relação aos
transistores BJT, em decorrência disto, apresentam maior estabilidade térmica, maior
imunidade a ruídos e dimensões menores quando comparados com os transistores BJT.
Princípio de Funcionamento e Construção do JFET
Podemos fazer uma analogia entre os FET e os BJT em alguns aspectos.
As figuras acima comparam o JFET (a) com o BJT (b)
Nos BJTs, existem dois tipos de transistores, os NPN e PNP.
Já nos FET os dois tipos são Canal N e Canal P.
Eletrônica Industrial
4
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
Estrutura
A estrutura do JFET consiste numa barra de material semicondutor N (ou P) e nas laterais é aplicado
material oposto. A região central é chamada de Canal por onde flui a corrente a ser controlada.
Observe na figura ao lado (Canal N), que a maior parte da
estrutura é composta do material do tipo N, formando o canal
entre as camadas imersas de material do tipo P. A parte
superior do canal do tipo N está conectado ao terminal
denominado DRENO (D), enquanto que a parte inferior do
mesmo material está conectada ao terminal denominado
FONTE (S). Os dois materiais tipo P estão ligados entre si e
ao terminal PORTA (G).
Em resumo, o DRENO e a FONTE estão conectados aos
extremos do canal N e a porta às duas camadas do material do
tipo P. Portanto, deverá haver um fluxo de elétrons da FONTE
(S) para o DRENO (D), onde este por sua vez através de um
potencial aplicado deverá ser controlado pela PORTA (G).
No instante em que uma tensão VDD=VDS é aplicada (conforme figura abaixo), os elétrons fluem para
o terminal de DRENO, estabelecendo uma corrente convencional – ID. O caminho do fluxo de cargas
revela claramente que as correntes de DRENO e FONTE são equivalentes, ou seja, ID= IS.
É importante observar que a região de depleção é mais larga
na parte superior, em ambos os materiais do tipo P. Isto ocorre
pelo fato de ter-se a região superior do material tipo P
reversamente polarizado, e a região inferior do material tipo P
encontra-se diretamente polarizado. (Lembre-se que a
polarização reversa tende a aumentar a região de depleção e a
polarização direta tende a diminuir a região de depleção).
Conforme a tensão VDS tende a aumentar de 0V para alguns
volts, a corrente aumenta como previsto pela lei de Ohm.
Quando VDS atingir um determinado valor definido por VP,
as regiões de depleção tendem a se alargar, provocando uma
redução na largura do canal, acarretando em um aumento na
resistência do canal.
Eletrônica Industrial
5
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
Vp (Pinch Off) é a tensão “pinçamento” a qual resulta no
estrangulamento do canal.
Para valores de VDS a um nível onde as duas regiões de
depleção tendem a se tocar, resulta na condição de pinchoff (tensão de constrição ou “pinçamento”), tensão VDS
esta que estabelece o estrangulamento do canal.
Na verdade o termo de pinch-off é inapropriado,
sugerindo que a corrente caia a zero, entretanto ID
mantém um nível de saturação definido por IDSS
(Corrente Dreno Source de Saturação), onde na verdade
ainda existe um canal muito estreito, com uma corrente de
altíssima densidade.
A medida que a tensão VDS é aumentada, a região de confronto entre as duas regiões de depleção
aumenta em comprimento ao longo do canal, mas o nível de corrente ID tende a aumentar além do
nível Vp que permanece essencialmente o mesmo. Em resumo, portanto, uma vez estabelecido VDS >
VP, o JFET apresenta as características de uma fonte de corrente. Portanto a corrente permanece
constante em ID= IDSS, mas a tensão VDS (para níveis > VP) será determinada pela carga empregada.
IDSS é a corrente máxima de dreno para um JFET e é definido pela condição VGS=0 e VDS>VP.
Eletrônica Industrial
6
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
Curva de Transferência do JFET:
Primeiramente devemos saber quais são os parâmetros mais importantes na modelagem de um JFET
fornecidos pelos fabricantes.
- IDSS : corrente DRENO e FONTE de saturação, valor máximo que o JFET pode gerar, limite.
- VGS : tensão entre GATE e FONTE
- VP ou VGS(corte): “pinch off” , tensão de constrição, pinçamento ou de estrangulamento.
Com posse destes dados, podemos calcular a Curva de Transferência de um JFET que é representado
pelo da ID versus VGS. A curva será a mesma para qualquer tipo de JFET, apenas mudam-se os níveis
de dopagem, as regiões dopadas, corrente e tensão de trabalho.
O gráfico pode ser gerado a partir da equação de Shockley, alguns fabricantes já disponibilizam a curva
em seus manuais técnicos:
e/ou
A tensão da PORTA para a FONTE, denotada por VGS, é a tensão controladora do JFET.
Para o dispositivo de canal N, a tensão controladora VGS é feita cada vez mais negativa, a partir de
VGS=0V. Ou seja, o terminal de PORTA estará com tensão menor comparada a FONTE.
A polarização negativa estabelece regiões de depleção semelhante àquelas obtidas com VGS = 0V, mas
com níveis menores de VDS. Portanto, o resultado da aplicação de uma fonte negativa na porta é
alcançar a condição de saturação em níveis menores de tensão VDS. Quanto mais negativos forem os
valores da fonte VGS, maior o estrangulamento do canal.
O nível de VGS que resulta em ID = 0 mA é definido por VGS = Vp, com Vp sendo uma tensão
negativa para dispositivos de canal N, e uma tensão positiva para JFETs de canal P.
Eletrônica Industrial
7
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
Note que se obtêm diferentes valores de ID para diferentes valores de VGS.
O JFET apresenta inicialmente uma região ôhmica de polarização das junções até o valor de Vp.
Em seguida um patamar estável ou de saturação que representa a região ativa, onde o JFET é
comumente utilizado.
Por último a região de ruptura, a qual excede os limites de tensão de trabalho do componente.
Na região ôhmica o JFET funciona como um resistor variável em função da tensão e corrente aplicada
nos terminais.
Nesta região VDS e ID estão relacionados pela lei de Ohm:
RDS = VP / IDSS
Com esta equação podemos calcular a corrente de dreno dada, a corrente de dreno máxima, a tensão de
corte porta-fonte e a tensão da porta. A curva pode ser útil para aproximações rápidas.
Segue um exemplo de curva: a corrente de dreno ID máxima é 10mA e a tensão de corte porta-fonte
VGS é de -4V.
Eletrônica Industrial
8
Instituto Educacional São João da Escócia
Colégio Pelicano
Curso Técnico de Eletrônica
Um outro tipo representação gráfica mais completa (abaixo) mostra as curva (ID x VGS) e (ID x VDS)
Eletrônica Industrial