Equação de Corrente FET | Explicação e Uso

Descubra o que são FETs (Transistores de Efeito de Campo), os diferentes tipos como JFET e MOSFET, e aprenda a usar suas equações de corrente para projetar circuitos eletrônicos.

O Que é um FET?

Antes de mergulharmos na equação de corrente FET, é importante entender o que é um FET (Field-Effect Transistor). O FET é uma espécie de transistor que controla a corrente elétrica através de um campo elétrico. Diferente dos transistores bipolares que são controlados por corrente, os FETs são controlados pela tensão aplicada aos seus terminais. Os FETs são componentes vitais na eletrônica, sendo utilizados como chaves, amplificadores e para outras funções em circuitos.

Tipos de FET

Existem alguns tipos principais de FETs, sendo os mais comuns o JFET (Junction Field-Effect Transistor) e o MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Cada tipo de FET tem suas próprias características e equações de corrente específicas, mas a teoria de funcionamento básico é semelhante entre eles.

Equação de Corrente do JFET

Para entender a equação de corrente do JFET, precisamos primeiro conhecer as três terminações desse componente: o dreno (D), a fonte (S) e a porta (G). A corrente principal flui do dreno para a fonte, e a tensão aplicada entre a porta e a fonte (V_GS) controla essa corrente.

A equação básica que descreve a corrente do dreno (I_D) no JFET é:

ID = IDSS[1 - \frac{VGS}{VP}]^2

Onde:

• IDSS é a corrente máxima do dreno quando V_GS = 0.
• VP é a tensão de pinçamento (pinchoff voltage), e é a tensão de porta para a qual a corrente de dreno cai para zero.

Essa equação é válida somente para a região em que o JFET opera na chamada “região óhmica”, que ocorre quando V_GS está entre 0 e V_P.

Equação de Corrente do MOSFET

O MOSFET, sendo o tipo mais comum de FET usado hoje em dia, também possui uma equação de corrente específica. Para um MOSFET do tipo enriquecimento, a corrente do dreno I_D pode ser calculada dependendo do regime de operação do transistor: região de corte, região óhmica ou região de saturação.

Na região de corte, a tensão V_GS é menor que a tensão de limiar V_th, e a corrente I_D é praticamente zero.

Na região óhmica (linear), quando V_GS > V_th e V_DS < (V_GS – V_th), a corrente é dada por:

ID = \mu C_{ox} \frac{W}{L} [(V_{GS} - V_{th}) V_{DS} - \frac{V_{DS}^2}{2}]

Onde:

• \mu é a mobilidade dos portadores de carga.
• Cox é a capacitância da camada de óxido por unidade de área.
• W e L são, respectivamente, a largura e o comprimento do canal do MOSFET.

Na região de saturação, onde V_GS > V_th e V_DS > (V_GS – V_th), a corrente I_D se estabiliza e é expressa por:

I_{D} = \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{GS} - V_{th})^2 (1 + \lambda V_{DS})

E o termo \lambda representa o coeficiente de modulação de comprimento do canal, que leva em conta a variação de I_D devido a variações em V_DS.

Como Usar as Equações de Corrente FET?

As equações de corrente FET são ferramentas cruciais para projetistas de circuitos. Eles usam essas equações para entender como diferentes tensões aplicadas aos FETs afetarão a corrente através deles, permitindo dimensionar adequadamente os componentes e garantir que os circuitos funcionem como pretendido. Em aplicações práticas, os engenheiros fazem uso dessas equações para projetar amplificadores, switches, e circuitos integrados.

Conclusão

Em resumo, a equação de corrente FET é essencial para entender como os FETs operam e são controlados. Compreender essas equações permite aos estudantes, entusiastas e profissionais de engenharia projetar e analisar circuitos com maior eficiência e precisão. Ao simplificar os complexos princípios de funcionamento dos FETs em modelos matemáticos, podemos prever comportamentos dos circuitos e desenvolver tecnologias cada vez melhores.