Descreva a estrutura básica de um JFET e explique como a tensão de portafonte ( V_{G S} ) controla o fluxo de corrente de dreno ( I_{D} ).

Passo 1

O enunciado pede que a gente descreva a estrutura básica de um JFET (Junction Field‐Effect Transistor) e explique de que modo a tensão portafonte \,V_{GS}\, regula o fluxo de corrente de dreno \,I_{D}\,. O conteúdo envolve conceitos de semicondutores, junção PN, região de depleção e controle de condutividade por modulação do canal.

Passo 2

A estrutura básica de um JFET consiste em:
  1. Um canal condutor de tipo N (no caso do N‐JFET) ou tipo P (no caso do P‐JFET), que conecta o source ao drain.
  2. Em cada lateral desse canal existe um diodo de junção PN que forma o gate. Se for N‐JFET, o gate é feito de material tipo P envolvendo o canal tipo N; no P‐JFET, é o inverso.
  3. Os terminais são três: Gate (G), Source (S) e Drain (D). O gate é sempre polarizado de modo a manter a junção PN em reverso para controlar a largura da região de depleção.

Passo 3

O controle de \,I_{D}\, pela tensão \,V_{GS}\, funciona assim:
  • Com \,V_{GS}=0,V (junção sem polarização reversa), a região de depleção é mínima e o canal está “aberto” ao máximo. A corrente de dreno atinge seu valor de saturação em curto-circuito de gate, chamado \,I_{DSS}\,.
  • Ao aplicar \,V_{GS}<0,V (para um N‐JFET), a junção PN se torna mais reversamente polarizada, aumentando a região de depleção que “aperta” o canal. Isso reduz a área condutiva disponível e, consequentemente, a corrente \,I_{D}\, diminui.
  • Quando \,V_{GS} atinge o valor de pinch-off \,V_{P}\, (normalmente um negativo mais intenso), a depleção fecha completamente o canal e \,I_{D}\approx0.
Isso pode ser modelado pela equação de Shockley para o regime de saturação:
I_{D} = I_{DSS} \Biggl(1 - \frac{V_{GS}}{V_{P}}\Biggr)^{2}
onde \,I_{DSS}\, é a corrente de dreno com \,V_{GS}=0,e \,V_{P}\, é a tensão de pinch-off (tipicamente negativa para N-JFET).

Resposta

Um JFET tem um canal semicondutor (tipo N ou P) com gate formado por junções PN nas laterais. A tensão \,V_{GS}\, polariza o gate em reverso, fazendo a região de depleção expandir ou contrair e, assim, estreitar ou alargar o canal. Quanto mais negativa for \,V_{GS} no N-JFET, maior a depleção, menor o canal e menor \,I_{D} (até fechar o canal em \,V_{GS}=V_{P}).

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