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A l v a r o

TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO Professor: AlvaroCesar Otoni Lombardi

Engenharia Elétrica –Eletrônica

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A l v a r o

•Os Transistores Bipolares de Junção (TBJ ou BJT)

•São controlados pela variação da corrente de base (na maioria das aplicações)

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) •Do inglês Field EffectTransistor

•São controlados pela variação da tensão

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TRANSISTORES DE EFEITO DE CAMPO •Os Transistores Efeito de Campo (FET)

JFET J–Junctionou Junção

MOS – Metal Oxid Semiconductor Semicondutor de Metal Óxido

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) •FET Canal N

Dreno (D) Canal N

Fonte (S) Source

Porta (G) Gate

Contato ôhmico

Região de Depleção

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•A região de Depleção não possui portadores livres, portanto não conduz.

VDD+VG= 0 V

Nãopassa corrente do Gate para Dreno.

Se VGficar mais negativo, mais aumentaráa região de depleção.

VGS= 0Ve VDS> 0V

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•No diodo a polarização reversafaz aumentara região de depleção.

•A corrente que passa através da Porta (Gate) IG= 0 A. •Característica relevantedo FET.

•G–De G–Sproporcionam altaimpedância de entrada.

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•Variação dos potenciais reversosde polarização através da junção p -nde um JFETde canal N.

25 a 75% dos potenciais reversosdo FET ficam na região de depleção

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•Mantendo o VGS= 0Ve •Se aumentar VDS, aumenta também a região de depleção.

•A corrente IDsubiráatéum determinado nível: •Limitado pela reduçãodo canal;

•Causando aumento da resistênciado canal Redução do Canal

Aumento da Região de Depleção Aumento de VDS

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•A redução do canal levaráa corrente a um nível de saturação.

Aumentoda Resistência devido ao Estreitamentodo Canal

Resistência do Canal

Nível de Saturação para VGS= 0V

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•Os dois parâmetros observados devido ao nível de saturação quando VGS= 0V • VP

• IDSS •São parâmetros dos FETsque aparecem nos data sheets.

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

• IDSS S (Saturation)

• VP (Pinch-off) ID= IDSS

Pinch-off ou Constrição

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•IDSSéa máximacorrente de dreno para um JFET e •Édefinida pela condição VGS= 0 Ve VDS> |VP|

O valorde VGSpara ID= 0mAédefinido por VGS= VP

VGS= VP Para o canal NVPéNegativo

Para o canal PVPéPositivo

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento •Lugar Geométrico dos Valores de Pinch-off

Região de Saturação

Região ôhmica

Lugar Geométrico dos Valores de pinch-off

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) Funcionamento

•Resistorcontrolado do tensão. 2

O d r r rrVIV rO= Éa resistência apresentada por VDSx IDSS rd= Éa resistência apresentada na região ôhmica para um determinado valor de VGS

Região ôhmica

Controle da resistência pela tensão pode ser empregado em controle automático de ganho.

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) • SIMBOLOGIA

FET canal NFET canal P

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) •Curva Característica de Transferência

Constante Variável de Controle

No TJBé:

No FETé:

Constante

Variável de Controle

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET) •Curva Característica de Transferência

Quando ID= IDSS, VGS= 0 V

Quando VGS= VP,ID= 0 mA

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET)

•Ex.1: Dado VP= −4V e IDSS= 8 mA voltsVVGSGS7 e 1' e −−=

Só VGS = − 1volt é válido

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A l v a r o

•Os Transistores Efeito de Campo (FET)

•Ex.1: Dado VP= −4V e IDSS= 8 mA

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET)

•Ex.2: Dado VP= −4V e IDSS= 8 mA

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•Os Transistores Efeito de Campo (FET)

•Relações interessantes de VGS×ID2

VGS ID 0 IDss

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção)

•O corte;

•A saturaçãoe

• IDSS •Do JFET ésemelhanteao MOSFET tipo Depleção;

•A diferençaestánas curvas características:

•Se estendematéa polaridade opostapara VGS.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Funcionamento

Espessacamada de Material tipo P

O terminal SSpode serconectado ao terminal FONTEou não.

Quando o terminal SSnão éconectado ao terminal FONTEo dispositivo éfabricado com 4terminais

FONTEe DRENOsão conectados através de contatos metálicos àregiões ndopadas do tipo n

As regiões ndopadas do tipo nsão interligadas entre si por um canal n.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Funcionamento

A PORTA(GATE) permanece isolada do canal npor uma fina películade Óxido de

Silício SiO2.

SiO2éum dielétrico pois estabelece campos elétricos opostosquando submetidos a um campo externo aplicado.

Não háligação elétrica entre o gatee o canal n.

Se não háligação elétrica entre o gatee o canal n, então não existe corrente.

A impedância de entradaéexageradamente alta.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Funcionamento

Para VGS= 0V, não existe campo elétrico

Elétrons percorrem da FONTEpara o DRENO.

O sentido convencionalda Corrente éde DRENOpara a FONTE.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Funcionamento

VGSnegativo = modo depleção VGSpositivo = modo intensificação

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Funcionamento

O que acontece com o Canal nquando o VGS é positivo?

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Depleção) Simbologia

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) •Não existe a parte de Depleção.

Por onde passaráa corrente entre o Drenoe a FonteID?

O SiO2éisolantee portanto o Gateéisoladodo Substrato que éisoladoda Região tipo n

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) • Símbolo

MOSFET –Canal n

Substrato desligado da Fonte (S)

Substrato ligadoà Fonte (S)

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

• Características

•O controle de correntepara esse dispositivo de canal né realizado por uma tensão VGSpositiva. •MOSFET depleçãopossui canal

•MOSFET intensificaçãonão possui canal (Inexistênciade Canal).

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) • Características

•Para VDSpositivo, VGS= 0Ve SSligadoàFonte (Source), equivale a: •duas junções p-nreversamentepolarizadas entre

•as regiões dopadastipo n e os substratosp

•que se opõema qualquer fluxo significativo entre o drenoe a fonte.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Funcionamento

Alimentação de VDSe VGS positiva em relação àSource

Corrente de Gateé0Ae independe do valor de VGS

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Funcionamento

O potencial positivo do Gate repele as lacunas.

VGSpressionaas lacunas (cargas iguais se repelem) para o substratoppor toda a extensãoda camada de SiO2

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Funcionamento

Limite de esvaziamentoda região de portadores tipo p

Atraçãodos elétrons para a porta devido ao potencial positivo.

O resultado éuma regiãode depleção próximaàcamada isolante de SiO2livrede lacunas

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Funcionamento

Com o aumentode VGSé intensificadoa concentração de elétrons próximo à superfície

O negativo éa fontede elétrons

Éintensificadoatéum nível que a região induzidatipo npossa suportaro fluxo entre o Dreno e a Fonte

Região de Depleção

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Funcionamento

O nívelde VGSque produz um aumentosignificativo da correntede dreno échamado de tensão de limiar.

A tensão de limiar é representado por VTou VGS(Th)

Início de Pinch-off

Th – Threshold = limiar

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

•Tem o MOSFET

•que temo canal e

•o que nãotem o canal

•Ambos são de intensificação, porém o nome de intensificaçãofoi dado ao últimopois éo únicomodo de operação.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFET tipo Intensificação)

•Quando VGSaumentaapós o limiar, aumentaa corrente de dreno (ID).

•Se VGSfor mantidae aumentarVDS;

•IDatingeum nível de saturaçãopor constrição.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

VDG= VDS–VGS •Se VGS= 8Ve VDSfor aumentadode 2Vpara 5V; Então VDGcairáde –6Vpara –3 V; VDG= 2V–8V= –6V; VDG= 5V–8V= –3V;

•Se VDSaumenta, VDGfica menospositivo; Reduzas forçasatrativas para os elétrons provocando a reduçãoda largura do canal;

O canal éreduzidoatéa condição de saturação (PINCH-OFF)

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

VDGsat= VDS–VT Para valores de VGS< VT, ID(MOSFET intensificação)= 0 mA VT= Nível de Limiar

LugarGeométrico de VDSsat

VGS= VT= 2 V

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

Curvas características de Drenode um MOSFET VT= 2V e

LugarGeométrico de VDSsat

VGS= VT= 2 V

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) Constante k(A/V 2)

Édado pelos valores de VGS(Ligado) e

ID (Ligado) São valores fornecidos pelo fabricante

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

De posse do valor de VGS(Ligado)e de ID(Ligado) Encontra-se kpela fórmula k= ID (Ligado)

Para qualquervalor dado de VGS, pode-se encontrarID desde que kseja conhecido.

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação) •Curva característica de transferência

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•Os Transistores Efeito de Campo (MOSFETtipo Intensificação)

• Manuseio •Altaimpedância de gate;

•associada àfinacamada do isolanteSiO2, • Eletricidade estática acumulada:

•no corpohumano ou

•qualquer outro materialisolante

•Pode rompera camada de isolante e danificaro componente.

•Maiores detalhes de manuseio, consultar manualdo fabricante ou livro pag 196.

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•Os Transistores Efeito de Campo (VMOStipo Intensificação) •Compensa a baixapotência limitantedo MOSFET;

•Vdo VMOS édevido àestruturavertical de crescimentodo canal;

•Maiores velocidadesde chaveamento.

•Leitura complementar opcional livro pag197.

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