FET

Un transistor à effet de champ est un dispositif semi-conducteur à trois bornes qui utilise un champ électrique pour contrôler le flux de courant à travers un canal conducteur. Contrairement aux transistors bipolaires, qui sont commandés en courant, les FET commutent et amplifient en appliquant une tension à la borne de grille, ce qui module la conductivité entre les bornes de source et de drain. Ce comportement commandé en tension rend les FET utiles pour la détection de signaux à haute impédance et les applications de commutation où le courant de grille doit être minimal.

Il existe deux grandes familles : les JFET (FET à jonction) et les MOSFET (FET à semi-conducteur à oxyde métallique). Les JFET utilisent une jonction pn polarisée en inverse comme grille et ont été développés en premier ; ce sont des dispositifs à mode d'appauvrissement, ce qui signifie que le courant circule à l'état bloqué. Les MOSFET, qui dominent l'électronique moderne, utilisent une grille isolée séparée par une fine couche d'oxyde. Les MOSFET existent en mode d'enrichissement (normalement bloqué) et en mode d'appauvrissement, avec des polarités à canal N et à canal P disponibles. Les MOSFET de puissance fonctionnent à des tensions et des courants plus élevés que leurs homologues de niveau de signal, avec une résistance à l'état passant mesurée en milliohms.

Pourquoi les FET sont importants dans les circuits industriels

Dans les applications de commutation, les FET offrent une faible résistance à l'état passant (en particulier les FET de puissance), des vitesses de commutation rapides et aucune charge de recouvrement inverse comme les dispositifs bipolaires. Cela les rend idéaux pour les convertisseurs CC-CC, les pilotes de moteur et les alimentations électriques. En tant qu'amplificateurs, les FET offrent une impédance d'entrée très élevée (gamme de gigaohms pour les MOSFET), ce qui est essentiel dans l'instrumentation et le conditionnement de capteurs où l'impédance de source est élevée ou le chargement doit être évité. Le paramètre de transconductance (gm) spécifie le gain en amplification de petits signaux.

Les modes de défaillance incluent la rupture de l'oxyde de grille dans les MOSFET due à une surtension ou à une décharge électrostatique, la dérive de la tension de seuil en fonction de la température (plus prononcée dans les JFET) et l'emballement thermique dans les FET de puissance s'ils ne sont pas correctement dissipés. La conduction de la diode de corps dans les MOSFET pendant la polarisation inverse doit être prise en compte dans les circuits de commutation. La charge de grille (Qg) et le temps de commutation sont critiques dans les applications de puissance à haute fréquence ; des pilotes de grille sont souvent nécessaires pour fournir le courant nécessaire pour charger et décharger rapidement la capacité de grille.

Le nom reflète le fonctionnement du dispositif : un champ électrique, créé par la tension appliquée à la grille, module ou appauvrit la population de porteurs dans le canal, contrôlant ainsi le flux de courant. Ceci est fondamentalement différent du contrôle du courant de base dans les transistors bipolaires. Dans l'automatisation industrielle, les FET se trouvent dans les relais statiques, les contrôleurs PWM, les multiplexeurs analogiques et toute application nécessitant un interrupteur ou un amplificateur commandé en tension avec un courant d'entrée minimal.