Sobre JFETs, caracterize:
a) Região ôhmica
a) Região ôhmica
Passo 1
O enunciado pede: “Caracterize a região ôhmica” de um JFET.
Informações relevantes (gerais, que normalmente aparecem em exercícios sobre JFET): (tensão porta-fonte),
(tensão dreno-fonte),
(corrente de dreno),
(corrente de dreno com
em saturação), e
(tensão de pinch-off ou
).
Não há ainda cálculos: primeiro vamos entender o que a questão pede — descrever fisicamente e matematicamente como o JFET se comporta quando está na região ôhmica.
Informações relevantes (gerais, que normalmente aparecem em exercícios sobre JFET):
Não há ainda cálculos: primeiro vamos entender o que a questão pede — descrever fisicamente e matematicamente como o JFET se comporta quando está na região ôhmica.
Passo 2
O que é a região ôhmica (intuição física): nesta região o canal do JFET não está “pinchado” — isto é, as regiões de depleção laterais não se encontram completamente e existe um caminho condutor contínuo entre dreno e fonte. O dispositivo se comporta, de forma aproximada, como um resistor controlado pela tensão
: aumentar (ou diminuir, dependendo do tipo)
muda a largura efetiva do canal e, portanto, a resistência entre dreno e fonte. Em linguagem de prova: na região ôhmica o
cresce praticamente de forma linear com
(para
pequeno), obedecendo a uma lei quadrática completa quando
já não é infinitesimal.
Passo 3
Condição de operação (quando estamos, rigorosamente, na região ôhmica): para um JFET do tipo n-channel, a fronteira entre a região ôhmica (linear) e a região de pinch-off (saturação) acontece quando
Portanto a condição de região ôhmica é
Observação sobre sinais: normalmente
para um n‑JFET e
em polarização normal. Neste caso
é um valor positivo quando o canal está aberto. Sempre confirme os sinais num problema concreto.
Passo 4
Fórmula do corrente na região ôhmica (modelo gradual-channel): usando a aproximação gradual do canal, a corrente de dreno na região ôhmica é dada por
onde
é a corrente de dreno,
e
são as tensões já definidas,
é a tensão de pinch-off (valor absoluto ao quadrado aparece adiante) e
é uma constante do dispositivo que depende da geometria e mobilidade dos portadores. Agora explico o que é
e como obtê-la a partir de parâmetros usuais.
Passo 5
Definição prática de
usando
: a forma conveniente é relacionar
com
e
. Na condição de saturação (quando
) a corrente de pico com
é
e vale a forma de Shockley
Desse modo
(Nota:
é positivo mesmo que
seja negativo.)
Passo 6
Aproximação linear para
pequeno: se
for suficientemente pequeno comparado a
, o termo quadrático em
pode ser desprezado e a expressão fica aproximadamente linear:
Dessa forma o JFET se comporta como um resistor cujo valor depende de
. O valor aproximado da resistência dreno–fonte é
Passo 7
Interpretação prática e como usar na prova: passo a passo que você deve seguir num exercício
- Verifique os sinais e valores de
, e . - Teste a condição
. Se for verdadeira, você está na região ôhmica e usa a fórmula do Passo 4. - Se
for muito pequeno, pode usar a aproximação linear do Passo 6 para facilitar contas de cabeça e obter resistência equivalente. - Se for pedido, calcule
pelo Passo 5 a partir de e .
Dica rápida: a região ôhmica = "comportamento resistivo controlado por"; a região de saturação = corrente quase independente de .
Passo 8
Exemplo numérico rápido (para fixar): suponha
),
),
e
. Então
Como
e
, estamos na região ôhmica, e pela aproximação linear
A resistência aproximada é
. Isso mostra bem a ideia: comportamento resistivo controlado por
.
Passo 9
Resumo conceitual final (para gravar na mente antes da prova): na região ôhmica o JFET age como um resistor cujo valor depende de
; a condição de operação é
; a corrente é dada por
com
. Use a forma linear quando
for pequeno e lembre-se de checar sinais dos
's.
Resposta
Na região ôhmica: condição
. Comportamento: canal não pinched, dispositivo age como resistor controlado por
. Corrente (modelo gradual-channel):
com
. Para
pequeno,
e
.