1. Aspectos Gerais
2. Estrutura
3. Funcionamento
4. Polarização
5. Características
6. Autopolarização
7. Aplicações I
8. MOS-FET
9. Aplicações II
10. Referências

_1. Aspectos Gerais

O FET (Field Effect Transistor) ou transistor de efeito de campo é um dispositivo unipolar (um tipo de portador). Sua operação parte do princípio em que um campo elétrico perpendicular a um fluxo de corrente controla a resistência de um canal constituído por portadores do tipo "P" ou portadores do tipo "N" os quais constituem, respectivamente, FET de canal P e FET de canal N.

1.1- Vantagens em comparação ao transitor bipolar:

• Impedância de entrada extremamente elevada, da ordem de 100 M
• Maior imunidade a ruído
• Maior estabilidade térmica
• Fabricação relativamente simples
• Como desvantagens apresenta menor velocidade de resposta e menor produto ganho x banda passante (PGL)

1.2 - Tipos. Basicamente dois:

• O FET de junção ou J-FET
• O FET de porta isolada, IG-FET ou MOS-FET 

1.3 - Principais aplicações:

• Amplificadores de tensão para pequenos sinais 
• Medidores de alta impedância de entrada
• Circuitos digitais, principalmente quando integrado

_2. Estrutura e encapsulamento

É constituído a partir de uma barra de material do tipo "P" ou "N"  denominado "Canal", nas extremidades da barra existem contatos metálicos formando um terminal chamado dreno ou "drain"  e outro denominado fonte, supridouro ou "source", ao lado dos contatos dreno-fonte existem ainda duas regiões "P" ou duas regiões "N", interligadas, difundidas no interior da barra chamadas de porta ou "gate". A figura a seguir ilustra este processo.

Figura 01 - Estrutura, símbolo e encapsulamento do J-FET.

_3. Funcionamento do J-FET canal N

A figura abaixo mostra na sequência o principio de funcionamento do FET de junção canal N. O funcionamento de um FET canal P, é análogo, necessário apenas inverter a polaridade das fontes de alimentação dreno-supridouro (VDS) e gate-supridouro VGS.

3.1. Polarização dreno-supridouro com VGS = 0 ⇒ Região de Saturação - As figuras A, B e C mostram na sequência o efeito da polarização dreno-supridouro com VGS=0.

Figura 02a - Região de Saturação

3.2. Controle de ID exercido por VGS ⇒ Região ativa - As figuras D, E e F mostram na sequência o avanço das zonas de depleção em direção a outra extremidade do canal. A partir da figura F, tem início à região ativa do J-FET onde o controle da corente ID passa a ser exercido por VGS.

Figura 02b - Região de Ativa

3.3. ID corta com -VGS ⇒ Região de Corte - As figuras G, H e I mostram na sequência o estreitamento do canal até alcançar o corte, onde ocorre o pinçamento e ID corta com -VGS ou VGSoff que neste J-FET do exemplo é -4 Volts.

Figura 02c - Região de Corte

_4. Polarização do J-FET

Polarizar um dispositivo é fixar um ponto de trabalho ou ponto quiescente por meio de componentes periféricos, podendo esse ponto ser visualizado na característica de saída do dispositivo.

Figura 03 - Polarização do J-FET canal N

Figura 04 - Polarização do J-FET canal P

4.1 - Característica de transferencia (VGS x ID)

A física por trás do funcionamento do J-FET é a mesma para todos os J-FETs. Apenas o tamanho das regiões dopadas, o nível de dopagem etc. mudam de um J-FET para outro. Por isso todos os J-FETs tem uma curva de transferência (trancondutância) que é o gráfico de uma equação do tipo Y=ax², para o J-FET:

4.2 - Exemplo

Vamos representar a característica de transferência de um determinado J-FET que apresenta Vp=-4 v e IDSS= 12 mA. Como ponto de partida, consideramos 5 pontos estratégicos tendo como limites "0" e "VGSoff" e  aplicaremos a formula de transferência para encontrar "ID" correspondente a cada ponto, conforme mostra a tabela abaixo.

Figura 05 - Equação de transferência. Figura 06 - Tabela com resultados.

Para concluir, utilizaremos os dados da tabela para representar graficamente as características de transferência (VGS x ID) do FET em questão. O resultado é o gráfico representado na figura abaixo.

Figura 07 - Característica de transferência VGS x ID.

_5. Característica de Saída

Tomando como base as características de entrada do FET anterior e considerando o máximo valor da tensão de alimentação suportada por este (VDS máx = 20 Volts), poderemos representar em um gráfico as característica de saída (VDS x ID), também denominada "curvas de dreno".

Figura 08 - Reta de carga e ponto de trabalho na característica de saída. 

5.1- Reta de carga e ponto de trabalho (ponto quiescente "Q") - Com base no circuito de polarização do FET, aplicando Kirchoff na malha de dreno, temos:

que corresponde a equação de uma reta em um sistema (ID x VDS) e para traça-la necessitamos dois pontos, a saber:

• Primeiro:

• Segundo:

A partir destes dois pontos traçaremos a reta de carga na característica de saída do dispositivo e localizaremos nesta, o ponto de trabalho ou ponto quiescente, mostrado na figura 08.

_6. Autopolarização do J-FET

Com um J-FET autopolarizado, conforme mostrado na figura abaixo, a tensão da fonte (supridouro) é igual ao produto da corrente de dreno pela resistência (rs) de supridouro

A tensão porta-supridouro é o negativo dessa tensão, que é igual a 

Essa é a equação para encontrar o ponto de trabalho (ponto "Q") em um J-FET autopolarizado, conforme mostrado na figura abaixo.

Figura 09 - J-FET autopolarizado.

Analogia:

Não ha corrente no Gate, VGS=0 corresponde a um terra virtual, assim sendo:

Os dados desta equação permitem determinar a linha de autopolarização, a partir dos valores de VGS e ID quiescente, mostrada nas figuras 10 e figura 11.

Exemplo:

Considerando um determinado FET com VGSq = -2V e IDq = 4 mA, o valor do resistor de supridouro Rs, será:

Figura 10 - Linha de autopolarização.--- Figura 11 - Efeitos de diferentes resistores (RS) de polarização.

_7. Aplicações do J-FET

Figura 12 - Chave analógica.

Figura 13 - Multiplexador analógico.

Figura 14 - Limitador de corrente.

_8. MOS-FET

Além do FET discreto ou FET de junção (J-FET), existe um outro tipo de transistor de efeito de campo chamado MOS-FET, que significa "transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor". A figura 15 compara os modelos do J-FET com MOS-FET e a figura 16 compara o MOS-FET com o transistor bipolar.   

Figura 15 - Comparação entre o JFET e o MOSFET.

Figura 16 - Comparação entre o MOSFET e o transistor bipolar.

As duas regiões "P", chamadas fonte (supridouro) e dreno, executam as mesmas funções que o emissor e o coletor no transistor PNP, enquanto o gate realiza a mesma função que a base.

É importante notar que a diferença básica entre FETs e transistores bipolares é que, os FETs controlam uma corrente de operação a partir de uma tensão e os transistores bipolares controlam a partir de outra corrente, aplicadas aos respectivos terminais de controle. 

Exemplo:

• uma tensão aplicada ao gate de um FET controla a corrente dreno-supridouro.

• Uma corrente aplicada à base de um transistor bipolar controla a corrente coletor-emissor.

Conclui-se que, o FET é um dispositivo controlado por tensão e o transistor bipolar é um dispositivo controlado por corrente.

O MOS-FET é também chamado de IG-FET (Isolated Gate) porta isolada, porque apresenta a porta internamente isolada por uma camada de silício SiO2, O que faz apresentar uma resistência de entrada bem mais elevada que o FET de junção ou J-FET.

O MOS-FET quanto ao modo de funcionamento ainda se pide em "modo depleção" e "modo intensificação" ou enriquecimento.

8.1 - MOS-FET modo depleção Também chamado normalmente ligado, porque conduz quando VGS=0, seu funcionamento depende das regiões de depleção.

Figura 17 - Símbolo e modelo polarizado do MOS-FET modo depleção.

Figura 18 - Curva de dreno e curva de transcondutância do MOS-FET.

8.2 - MOS-FET Intensificação - No modo intensificação tem menor capacitância e impedância de entrada mais elevada, seu funcionamento depende da intensificação da condutividade do canal.

Figura 19 - Símbolo e modelo polarizado do MOS-FET modo intensificação.

Figura 20 - Curva de dreno e curva de transcondutância do MOS-FET modo intensificação.

_9. Aplicação com MOS-FET

Nesta primeira década do século XXI, os MOSFETs estão sendo largamente empregado na fabricação de monitores de vídeo, principalmente em circuitos de proteção de saída horizontal e fonte de alimentação chaveadas para monitores de diversas marcas conceituadas no Brasil. A figura seguinte mostra alguns dos MOSFETs utilizados para esta finalidade.

Figura 21 - MOS-FET utilizado em monitores de vídeo para computadores.

A seguir apresentamos um outro tipo de aplicação com MOSFET de potência, empregado na área de instrumentação Industrial, conforme mostra a figura 22.

Figura 22 - Circuito detector de nível de liquido.

_10. Referências

ALMEIDA, Antônio Carlos de. Caderno de Anotações. Salvador: SENAI/CEFET, 1978/2001.

ANDRADE, Edna Alves de. Eletrônica Industrial: Análise de dispositivos e suas aplicações. 1^a ed. Salvador - Brasil: Novotipo, 1996.

CIPELLI, Antonio Marco Vicari; SANDRINI, Waldir João. Teoria e desenvolvimento de Projetos de Circuitos Eletrônicos. São Paulo - Brasil: Érica, 1979.

LOWENBERG, Edwin C. Circuitos Eletrônicos. (Tradução: Ostend. A. Cardim). São Paulo - Brasil: McGraw-Hill do Brasil, 1974.

MALVINO, Albert Paul. Eletrônica - volume 1. (Tradução: José Lucimar do Nascimento; revisor técnico: Antonio Pertence Junior). 4^a ed. São Paulo - Brasil: Makron Books, 1995.

KAUFMAN, Milton. Eletrônica Básica. (Tradução: Fausto Martins Pires Júnior). São Paulo - Brasil: McGraw-Hill do Brasil, 1984.

Última atualização - 25.04.2006

Referência: www.w3schools.com