Présentation


Le transistor JFET (Junction Field Effect Transistor. Le transistor JFET fait parti de la famille des transistors à effet de champ (FET : Field Effect Transistor). Le transistor MOSFET appartient également à cette famille


Un transistor JFET possède trois bornes :
la grille (g)
le drain (d)
la source (s)


jfet-1


Il existe deux types de transistors JFET :
Canal N et canal P (NJFET et PJFET)


canal-n-canal-p


Pour un JFET à canal N en fonctionnement normal :


loi-des-mailles


– la tension Vds est positive
– la tension Vgs est négative ou faiblement positive (< 0,6 V)
– le courant de grille est quasiment nul ig=0
– le courant entre dans le transistor par le drain (id)
– le courant sort du transistor par la source (is)
– Loi des nœuds : id=is


Interrupteur électronique


graph
graph-4
(Clique pour agrandir)


La tension Vgs règle le courant id qui circule dans le transistor. Le courant id est maximal lorsque id=idss pour Vgs=0V (doc constructeur indique toujours le idss (ex : 10mA typ pour un 2N3819))
Pour une tension Vgs< Vgs (off) , on peut considérer que le courant id est nul(< 10 nA) : le transistor est bloqué (off) on peut symboliser le transistor JFET par un interrupteur ouvert


Le transistor fonctionne en commutation (2 états):
– Lorsque la tension Vgs <= Vgs (off), le transistor est bloqué id=0 (Interrupteur ouvert).
– Lorsque la tension Vgs =0 , le transistor fonctionne dans la zone ohmique, et se comporte comme une résistance Rds(on) (Interrupteur fermé).


Amplificateur de tension
Connaissant les caractéristiques essentielles du composants que l’on trouve dans le document constructeur qui sont :
Idss, Vp (Vp=Vgs(off) lorsque Id=Idss=0).
Avec ces caractéristiques il faut maintenant déterminer les courant de repos, puis, lorsque ces courant de repos sont déterminés nous pouvons calculer la transconductance gm soit :
gm=(-2/Vp)*racine (Idss*Id(repos))


Calcul du Gain

Av=Vs/Ve=(gm*R1)/(1+(gm*R3))


Exemple 1)


montage-4
mesure-4


Pour une alimentation Vcc=9V, nous devons prendre le potentiel du drain Vd=Vcc/2 (tension entre R1 et C1), ceci est primordial afin d’éviter la saturation du signal et que celui-ci soit écrêté, et on respecte cette consigne il en résulte que le potentiel sur l’électrode du drain est de 4,5V.
Si on décide d’avoir une chute de tension aux bornes de Vds=4V et une tension Vgs de -0,9V, soit une chute de tension aux bornes de UR3=0,9V (UR2-Vgs-UR3), alors le potentiel du drain serais égale à Vd=UR2+Vds=0,9+4=4,9V (proche des 4,5V) .
Bon ok !! Maintenant que nous décidons d’avoir Vds=4V et un Vgs=-0,9V le courant Id sera de Id=5,25mA (environ d’après le graphique courbe bleu), maintenant reste plus qu’a calculer les résistance R1 et R3 soit
R3=(0,9/0,00525)=171 OhmsR1=(9-4,9)/0,00525=780 Ohms
Calculs de la transconductance (gm) soit :
gm=(-2/Vp)*racine (Idss*Id(repos))=(-2/2,5)* racine (0,010*0,00525)=- 0,00579mmohm
le gaine est donc égale à :
Av=Vs/Ve= – (gm*R1)/(1+(gm*R3))=(0.00579*780)/(1+(0.00525*171))=-2,26
Vs= – 2,26*Ve
Pour une tension Ve=0,1V soit 0,1*1,414=141mV tension crête donne une tension de sortie de Vs=320mV (tension crête en sortie du montage).


Aperçu du fonctionnement par graphe


graph-3


L’écart est dû à la dispersion des caractéristiques du transistor.


Test sur prototype
Le montage qui suis a été testé sur plaque d’expérimentation sans soudure. Le transistor JFET de type 2N3819 est raccordé comme le montre le schéma électronique ci-dessous
montage-5
mesure-5
Nous avons vue précédemment pour un courant d’environ 5mA le gain était de 2,26, et bien nous allons maintenant mettre un courant plus important c’est-à-à-dire le double soit 10mA et voir comment va se comporter notre nouveau gain.
Prenons toujours le potentiel du drain à Vd=VCC/2=9/2=4,5V, ainsi pour une tension Vgs=0V le courant maxi est de 10mA (environ d’après le graphique courbe rouge). Dans cette situation pour un courant de 10mA la chute de tension sera de 4V (là encore nous somme proche des 4,5V).
R1=(9-4,5)/0,010=450 Ohms (500 Ohms)
Calculs de la transconductance (gm) soit :
gm=(-2/Vp)*racine (Idss*Id(repos))=(-2/-2,5)* racine (0,010*0,010)=0,008mmohm
le gaine est donc égale à :
Av=Vs/Ve= – (gm*R1)/(1+(gm*R3))=(0.008*500)/(1+(0.008*0))= – 4
Vs= – 4*Ve


Proto en photo
Le calcul suivant donne Vs= – 4*Ve
proto-32 proto-33 proto-34
la 3ème photo montre en sortie (S) un signal de 220mV crête pour une tension d’entrée (E) de 92mV crête (environ 150mV), la aussi l’écart est dû à la dispersion des caractéristiques du transistor.