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A maravilhosa jornada dos semicondutores: como o JFET foi inventado?
Nos dispositivos eletrônicos modernos, os transistores de efeito de campo (FETs) desempenham um papel indispensável. O transistor de efeito de campo de junção (JFET) é um dos blocos de construção básicos desses dispositivos. Por ser um dispositivo semicondutor de três terminais, o JFET tem a função de controlar eletronicamente interruptores e resistores, podendo até ser usado para construir amplificadores. Ao contrário dos transistores de junção bipolar (BJTs), os JFETs são totalmente controlados por tensão, o que significa que não requerem corrente de polarização, um recurso que torna os JFETs uma grande vantagem em muitas aplicações.
Um JFET geralmente conduz quando a tensão entre sua porta e a fonte é zero. Se uma tensão de polarização com a polaridade apropriada for aplicada, isso reduzirá o fluxo de corrente.
Como funciona o JFET
O princípio operacional básico do JFET pode ser comparado a uma mangueira de jardim. A quantidade de fluxo de água pode ser controlada diminuindo o diâmetro do tubo de água. Quando uma tensão é aplicada entre a porta e a fonte de um JFET, forma-se uma região de depleção que não conduz mais eletricidade devido à falta de operadoras móveis. À medida que a região de esgotamento se expande, a secção transversal do canal condutor diminui, limitando assim o fluxo de corrente. Quando a camada de depleção é espessa o suficiente para abranger completamente o canal condutor, o JFET entra no que é chamado de estado de "compressão".
JFET pode ser considerado como um componente de modo de esgotamento, contando com o princípio da região de esgotamento para controlar o fluxo de corrente.
Evolução histórica do JFET
O desenvolvimento do JFET remonta ao início do século 20. Julius Lilienfeld solicitou uma série de patentes semelhantes ao FET nas décadas de 1920 e 1930. Um verdadeiro JFET foi patenteado pela primeira vez em 1945 por Heinrich Welker. Na década de 1940, os ganhadores do Prêmio Nobel John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Shockley também estavam desenvolvendo FETs, mas a tecnologia da época ainda não estava madura e um após o outro falhou. Finalmente, o JFET derivado da teoria de Shockley em 1952 foi construído com sucesso em 1953 por George C. Dacey e Ian M. Ross.
Em 1950, os engenheiros japoneses Jun-ichi Nishizawa e Y. Watanabe patentearam um dispositivo semelhante chamado transistor induzido por estática (SIT).
Introdução à estrutura
A estrutura básica de um JFET é composta por uma longa seção de material semicondutor dopado, que pode ser um semicondutor do tipo p ou do tipo n. Cada extremidade forma uma junção ôhmica, uma fonte (S) e um dreno (D). Uma junção pn é formada em cada lado ou ao redor deste canal semicondutor e sua tensão é polarizada através do contato da porta ôhmica (G).
Relação JFET
Em comparação com outros transistores de efeito de campo, a corrente de porta do JFET à temperatura ambiente (ou seja, a corrente de fuga reversa da porta para a junção do canal) é comparável à do MOSFET, mas é muito menor que a corrente de base da junção bipolar transistores. O JFET tem uma transcondutância maior que o MOSFET e tem baixo ruído de cintilação, por isso é usado em alguns amplificadores operacionais de baixo ruído e alta impedância de entrada.
Como o JFET tem impedância de entrada extremamente alta no circuito, ele consome apenas uma pequena quantidade de corrente para o circuito usado como entrada.
A situação atual e o futuro do JFET
Com a evolução da tecnologia, especialmente a introdução de dispositivos comerciais de carbeto de silício (SiC) de banda larga em 2008, o JFET tornou-se viável em aplicações de comutação de alta velocidade e alta tensão. Embora tenha havido dificuldades na produção de JFETs de SiC nos primeiros dias, esses problemas foram basicamente resolvidos e são amplamente utilizados em cenários onde são usados com MOSFETs de silício tradicionais de baixa tensão.
Com o desenvolvimento da tecnologia eletrônica, a tecnologia JFET também enfrentará mais aplicações e desafios. Podemos esperar que o JFET desempenhe um papel e potencial maior em futuros dispositivos eletrônicos?
