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Autor Tópico: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?  (Lida 1057 vezes)

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Offline edeweld

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Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« em: 09 de Fevereiro de 2017, 11:15 »
Olá,
Estou a estudar electrônica e neste momento estou a passar pelos Fet's.

Estou a estudar os J-Fet e MOS-Fet. Ambos funcionam da mesma maneira, são comandados por tensão e não tem corrente na sua gate. A única diferença é que o J-Fet é acionado com uma tensão negativa enquanto que o MOS-Fet precisa de uma tensão positiva. Até aqui estou certo?

Gostaria que demonstrassem aplicações e circuitos de exemplo onde se aplica ora o J-Fet como o MOS-Fet. Pois percebo o seu funcionamento, entendo que são optimos a servir de comutadores (melhores que o transístores bipolares), mas não entendo o porque de utilizar um ao invés do outro.

Obrigado pela ajuda

Offline jm_araujo

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #1 em: 09 de Fevereiro de 2017, 11:56 »
Olá,
Estou a estudar electrônica e neste momento estou a passar pelos Fet's.

Estou a estudar os J-Fet e MOS-Fet. Ambos funcionam da mesma maneira, são comandados por tensão e não tem corrente na sua gate. A única diferença é que o J-Fet é acionado com uma tensão negativa enquanto que o MOS-Fet precisa de uma tensão positiva. Até aqui estou certo?
Nem por isso.
As curvas Vgs de Jfet e Mosfet são semelhantes, a diferença é que nos JFets está deslocada para tensões negativas.
JFET vs MOSFET

E os mosfets são menos "suaves" na transição para condução.

Citar
Gostaria que demonstrassem aplicações e circuitos de exemplo onde se aplica ora o J-Fet como o MOS-Fet. Pois percebo o seu funcionamento, entendo que são optimos a servir de comutadores (melhores que o transístores bipolares), mas não entendo o porque de utilizar um ao invés do outro.

Bem vindo ao mundo real :D
Onde os componentes não são ideias, tem limitações de corrente, capacidades parasitas, e processos de produção mais ou menos complexos.
Os JFET são mais usados como amplificadores, tem uma impedância de entrada elevada/poucas capacidades parasitas, o que permite grandes larguras de banda (Por exemplo é normal serem o primeiro amplificador na entrada de um osciloscópio).  Não se dão bem com correntes elevadas. São mais usados na sua região linear. E introduz muito pouco ruído ao amplificar.

Os Mosfets são bestas de carga. Correntes elevadas, mas também capacidades parasitas elevadas, nem todos se dão com grandes larguras de banda. Quase sempre usados em saturação para comutar circuitos (ON/OFF, tudo ou nada). Pela forma que são construidos na realidade um mosfet (componente com 3 pinos)  são varias dezenas ou centenas de mosfets (silicio) em paralelo. Por isso não se dão muito bem na região linear, podendo nessa utilização por pequenas diferenças entre eles alguns terem de aguentar mais carga que outros e diminuir significativamente o tempo de vida (se não queimar mesmo). Por isso é que são usados como "interruptores". Por isso por exemplo é normal aparecerem em amplificadores classe D, mas não em A/B/AB.


Quando tiveres dúvidas sobre que componente usar, podes também visitar um site de venda de componentes e verificar as carateriticas das versões mais populares para entender as diferenças do mundo real:
Na farnell:
http://pt.farnell.com/transistors
185 referências de JFETs para 9940 referências MOSFET
JFET mais popular (maior stock):
http://pt.farnell.com/fairchild-semiconductor/j112/transistor-jfet-35v-to-92/dp/1017712
Igf (MAX): 50mA 
rDS(on) : 50 Ohm
Cdg(off)Cgs(off): 5pf

MOSFET mais popular (e é dos pequenos):
http://pt.farnell.com/nxp/2n7002-215/mosfet-n-ch-60v-0-3a-sot23/dp/1510761RL
Id: 300mA
rDS(on): 2.8 Ohm
Ciss: 30pF

Procurei caraterístiscas +/- equivalentes entre si, são difíceis de comparar por a sua utilização ser tão diferente.
« Última modificação: 09 de Fevereiro de 2017, 12:20 por jm_araujo »

Offline senso

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #2 em: 09 de Fevereiro de 2017, 11:59 »
E no mundo real é cada vez mais complicado veres JFets, que são uma coisa cada vez mais rara e com menos modelos a serem produzidos, o local mais comum é  como disse o araujo é como primeiro andar de amplificação, muito comuns em amplificadores audio..
Onde os podes "ver" é em op-amps.
Avr fanboy

Offline SerraCabo

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #3 em: 09 de Fevereiro de 2017, 15:34 »
Já uns quantos JFETs esquisitos me deram cabo da mona porque as respectivas especificações são difíceis de encontrar e, quanto a substituição, ainda pior. São como os n-channel JFETs da imagem acima mas a curva (Vgs) é muito deslocada para o lado positivo para a direita). Pareciam ter sido escolhidos a dedo para evitar que no circuito tivesse que haver alimentação para tensões negativas.

Se a memória me não falha, foi numa coisa destas:
http://www.ikegami.com/br/products/sdtv/hl55.html

Suponho que são JFETs oriundos das calendas dos anos 80.

SC
serra-cabo.blogspot.com

Offline LVirtual

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #4 em: 09 de Fevereiro de 2017, 15:38 »
no AllDatasheet.com temos uma lista imensa de J-Fet's...
http://category.alldatasheetpt.com/index.jsp?sSearchword=JFET

Offline senso

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #5 em: 09 de Fevereiro de 2017, 15:47 »
E só nessa página 6 são op-amps ou drivers e aposto que mais de metade estão descontinuados..
O 2SK170 por exemplo, descontinuado durante anos, a Toshiba fez uma run deles, inundaram o mercado a menos de 20 centimos cada, voltaram acabar, agora é aos 20-30€ o matched pair.
Arrependo-me de na altura não ter comprado 1000 por meia duzia de €  :(
E o par dele o 2SJ74 que está descontinuado á anos e anos.
Havia um matched pair em SOIC-8 da Silicon qualquer coisa que esteve no mercado uns anitos e tambem desapareceu, os processos actuais não são muito benevolentes nem a procura por JFET's discretos parece valer a pena fabricar os mesmos, o pessoal quer é MOSFET's para circuitos digitais, mas ainda vão saindo uns quantos minimamente lineares.

É muito provavel que os JFETS sejam escolhidos a dedo/matched em muitos circuitos, provavelmente nessa camera estava a servir de amplificador do sinal de saida do sensor de imagem..

Avr fanboy

Offline edeweld

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #6 em: 14 de Fevereiro de 2017, 09:52 »
Olá,
Estou a estudar electrônica e neste momento estou a passar pelos Fet's.

Estou a estudar os J-Fet e MOS-Fet. Ambos funcionam da mesma maneira, são comandados por tensão e não tem corrente na sua gate. A única diferença é que o J-Fet é acionado com uma tensão negativa enquanto que o MOS-Fet precisa de uma tensão positiva. Até aqui estou certo?
Nem por isso.
As curvas Vgs de Jfet e Mosfet são semelhantes, a diferença é que nos JFets está deslocada para tensões negativas.
JFET vs MOSFET

E os mosfets são menos "suaves" na transição para condução.

Citar
Gostaria que demonstrassem aplicações e circuitos de exemplo onde se aplica ora o J-Fet como o MOS-Fet. Pois percebo o seu funcionamento, entendo que são optimos a servir de comutadores (melhores que o transístores bipolares), mas não entendo o porque de utilizar um ao invés do outro.

Bem vindo ao mundo real :D
Onde os componentes não são ideias, tem limitações de corrente, capacidades parasitas, e processos de produção mais ou menos complexos.
Os JFET são mais usados como amplificadores, tem uma impedância de entrada elevada/poucas capacidades parasitas, o que permite grandes larguras de banda (Por exemplo é normal serem o primeiro amplificador na entrada de um osciloscópio).  Não se dão bem com correntes elevadas. São mais usados na sua região linear. E introduz muito pouco ruído ao amplificar.

Os Mosfets são bestas de carga. Correntes elevadas, mas também capacidades parasitas elevadas, nem todos se dão com grandes larguras de banda. Quase sempre usados em saturação para comutar circuitos (ON/OFF, tudo ou nada). Pela forma que são construidos na realidade um mosfet (componente com 3 pinos)  são varias dezenas ou centenas de mosfets (silicio) em paralelo. Por isso não se dão muito bem na região linear, podendo nessa utilização por pequenas diferenças entre eles alguns terem de aguentar mais carga que outros e diminuir significativamente o tempo de vida (se não queimar mesmo). Por isso é que são usados como "interruptores". Por isso por exemplo é normal aparecerem em amplificadores classe D, mas não em A/B/AB.


Quando tiveres dúvidas sobre que componente usar, podes também visitar um site de venda de componentes e verificar as carateriticas das versões mais populares para entender as diferenças do mundo real:
Na farnell:
http://pt.farnell.com/transistors
185 referências de JFETs para 9940 referências MOSFET
JFET mais popular (maior stock):
http://pt.farnell.com/fairchild-semiconductor/j112/transistor-jfet-35v-to-92/dp/1017712
Igf (MAX): 50mA 
rDS(on) : 50 Ohm
Cdg(off)Cgs(off): 5pf

MOSFET mais popular (e é dos pequenos):
http://pt.farnell.com/nxp/2n7002-215/mosfet-n-ch-60v-0-3a-sot23/dp/1510761RL
Id: 300mA
rDS(on): 2.8 Ohm
Ciss: 30pF

Procurei caraterístiscas +/- equivalentes entre si, são difíceis de comparar por a sua utilização ser tão diferente.

Obrigado pela excelente resposta  :D
Conseguir perceber quase tudo. Tenho algumas dúvidas.

1-"Região linear" -> o que é?
2-"Amplificadores classe D" -> não sabia que existia classes. Podes falar ou indicar artigos para ler mais sobre o assunto?

Obrigado

Offline edeweld

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #7 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:00 »
Onde os podes "ver" é em op-amps.

Agora estou a ficar confuso  ;D
Trabalhei com o LM741 e LM324. Para mim isso é um ampop  :P Onde entra o mosfet ou jfet nos ampops? Caso possas partilhar circuito agradeço.

Obrigado

Offline senso

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #8 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:05 »
O JFET está no die do próprio op-amp, um exemplo comum é o TL082.
Avr fanboy

Offline edeweld

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #9 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:15 »
O JFET está no die do próprio op-amp, um exemplo comum é o TL082.

Ok, outro conceito novo: DIE - é isto, certo? ->https://en.wikipedia.org/wiki/Die_(integrated_circuit)
Nesse link fala que a "bolacha" é cortada em várias peças. Mas como é possível de um bloco grande fazer muitos ampops? E como são introduzidas as "patas" do CI?

Obrigado

Offline jm_araujo

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #10 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:43 »

1-"Região linear" -> o que é?
2-"Amplificadores classe D" -> não sabia que existia classes. Podes falar ou indicar artigos para ler mais sobre o assunto?

Se estás na faculdade, essas e as outras dúvidas vão-te ser esclarecidas mais à frente, mas podes ir adiantando serviço.

1- Região linear é quando um transistor (BJT ou xxxFET) se comporta como um amplificador, o sinal à saída é linearmente dependente do sinal à entrada (multiplicado pelo ganho). Se abusares do "ganho" de amplificação começas a bater nas alimentações e saturas o transistor (não pode conduzir mais corrente porque bateu no limite), e por isso diz-se que está em saturação. Zona linear é usada para amplificadores, zona de saturação é usada em circuitos digitais ou para comutar cargas.

2- As classes são usadas em amplificadores de potência (normalmente Audio, mas também para RF por exemplo) para distinguir a sua topologia, cada uma com as suas vantagens e desvantagens. Tens aqui um resumo dos vários tipos: https://en.wikipedia.org/wiki/Amplifier#Power_amplifier_classes

Ok, outro conceito novo: DIE - é isto, certo? ->https://en.wikipedia.org/wiki/Die_(integrated_circuit)
Nesse link fala que a "bolacha" é cortada em várias peças. Mas como é possível de um bloco grande fazer muitos ampops? E como são introduzidas as "patas" do CI?
Os circuitos integrados são feitos em  silício, que usam vários processos para gravar e interligar os transístores nessa mesma bolacha. Quase como quem faz  uma PCB, mas MUITO pequeninho e com MUITAS camadas. Por uma questão de economia e porque a escala é mesmo pequena, são feitos em bolachas que podem ter milhares de CIs, que são depois cortadas e colocadas no integrado que conheces. Para ligar as patas são deixadas umas zonas maiores no silício (pads) onde se consiga colocar um fio finíssimo, e é soldado a esse mesmo pad por processos avancado e ao pino do CI que já está previamente feito. Antigamente era usado fio de ouro, mas hoje em dia já se usa alumínio.
e mais fotos aqui: https://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit

Quando se diz que um AMPOP tem entrada em JFET, quer dizer que ao fazer o CI no silício a estrutura que foi "gravada" para os transístores de entrada é como a de um JFET que se pudesse comprar solto, mas está no meio do circuito.

Se fores ver datasheets de AMPOPs mais antigas costumavam ter o esquema "equivalente" do circuito.
Por exemplo o 741:

e o TL08x:


Repara como a entrada do TL08x (IN+ e IN-) é com um par de JFETs, enquanto do 741 são BJTs.

E podes ver também as diferenças nas dies:
741:

(Aqui explica as estuturas todas: http://www.righto.com/2015/10/inside-ubiquitous-741-op-amp-circuits.html)
e TL072 (semelhante aos TL08x):

Os "XX" que se vêm neste die e que não estão no 741 são os JFETs.

Os pads onde ligam os fios são os quadrados maiores nos cantos da imagem de baixo, e os que tem umas coisas escuras (os fios!) no de cima!
« Última modificação: 14 de Fevereiro de 2017, 10:53 por jm_araujo »

Offline Njay

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #11 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:49 »
Que grande (em qualidade) post jm, esse deve ter dado algum trabalho, subscrevo :)

Offline jm_araujo

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #12 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:51 »
Desculpa, dei um edit entretanto, com umas fotos de dies.

Offline Njay

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #13 em: 14 de Fevereiro de 2017, 10:58 »
Na foto da die do 741 ainda se vê o resto dos bound wires nos pads, este foi decapado para a foto.

edit: bom, o outro tb foi decapado, ainda se notam umas marcas dos bound wires nos pads.

Para o edeweld, decapar quer dizer que pegaram num chip já fabricado e aplicaram ácidos para remover a casca (uma epoxy preta) deixando a die à vista.

Já agora, a cena de se fazerem vários chips numa mesma "bolacha" (tem este nome porque é aproximadamente redonda) é por processos fotográficos, e repetem a mesma coisa em grelha pela bolacha fora. Depois no final cortam os quadradinhos individuais (as dies). Nem todos funcionam; "yield" refere-se à "percentagem" das dies da bolacha que funcionam. No inicio dos tempos o yield era baixo, e depois foi melhorando com a melhoria da tecnologia, e é uma das razões para a baixa de preço dos chips; quanto mais dies boas houver numa bolacha, mais barata fica cada die pois o processo de fabrico é o mesmo quer tenhas apenas 1 die boa em 1000 quer estejam todas boas. Se gastaste 1000€ para fabricar a bolacha e tiveste 1 die boa, ela custa 1000€, mas se tiveste 1000 dies boas, cada uma custa 1€.

Apesar de tudo a maior parte do preço de um chip tem mais a ver com o gasto no seu desenvolvimento e no custo da fábrica. Hoje em dia há cada vez menos fábricas, muitos "fabricantes" de semiconductores não têm fábrica, existem empresas (como a TSMC) que têm fábricas de semiconductores (também chamadas "foundries", "fundições") e fabricam para vários "fabricantes" de semiconductores (a própria Intel tem chips que manda fazer na TSMC). O custo de uma fábrica é muito grande e só justifica para produzir em grandes quantidades, sendo mais barato e de menor risco "partilhar" a fábrica (tal como partilhamos fábricas de PCBs).
« Última modificação: 14 de Fevereiro de 2017, 11:13 por Njay »

Offline Kristey

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Re: Porque razão devo optar por um MOS-Fet ao invés de um J-Fet?
« Responder #14 em: 16 de Fevereiro de 2017, 01:36 »
Na foto da die do 741 ainda se vê o resto dos bound wires nos pads, este foi decapado para a foto.

edit: bom, o outro tb foi decapado, ainda se notam umas marcas dos bound wires nos pads.

Para o edeweld, decapar quer dizer que pegaram num chip já fabricado e aplicaram ácidos para remover a casca (uma epoxy preta) deixando a die à vista.

Já agora, a cena de se fazerem vários chips numa mesma "bolacha" (tem este nome porque é aproximadamente redonda) é por processos fotográficos, e repetem a mesma coisa em grelha pela bolacha fora. Depois no final cortam os quadradinhos individuais (as dies). Nem todos funcionam; "yield" refere-se à "percentagem" das dies da bolacha que funcionam. No inicio dos tempos o yield era baixo, e depois foi melhorando com a melhoria da tecnologia, e é uma das razões para a baixa de preço dos chips; quanto mais dies boas houver numa bolacha, mais barata fica cada die pois o processo de fabrico é o mesmo quer tenhas apenas 1 die boa em 1000 quer estejam todas boas. Se gastaste 1000€ para fabricar a bolacha e tiveste 1 die boa, ela custa 1000€, mas se tiveste 1000 dies boas, cada uma custa 1€.

Apesar de tudo a maior parte do preço de um chip tem mais a ver com o gasto no seu desenvolvimento e no custo da fábrica. Hoje em dia há cada vez menos fábricas, muitos "fabricantes" de semiconductores não têm fábrica, existem empresas (como a TSMC) que têm fábricas de semiconductores (também chamadas "foundries", "fundições") e fabricam para vários "fabricantes" de semiconductores (a própria Intel tem chips que manda fazer na TSMC). O custo de uma fábrica é muito grande e só justifica para produzir em grandes quantidades, sendo mais barato e de menor risco "partilhar" a fábrica (tal como partilhamos fábricas de PCBs).

Off-topic
O preço também é inflacionado pelo transporte e envio...
Eu acho um.bocado absurdo por 4 circuitos integrados.ter recebido isto....
Chega a ser um atentado para o planeta Terra...