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TRANSISTOR FET Prof. Marcelo de Oliveira Rosa. FET Construção Transistor de efeito de campo (FET) Elemento de três terminais tensão Dispositivo controlado.

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1 TRANSISTOR FET Prof. Marcelo de Oliveira Rosa

2 FET Construção Transistor de efeito de campo (FET) Elemento de três terminais tensão Dispositivo controlado por tensão No BJT, o controle do dispositivo é feito por corrente na base campo elétrico Controle induzido por campo elétrico Daí o nome efeito de campo Melhor estabilidade em relação ao BJT Pior sensibilidade ao sinal de entrada em relação ao BJT Trade-off de engenheiro!

3 FET Tipos JFET Transistor de junção (J) MOSFET por depleção MOSFET por intensificação Metal-óxido-semicondutor (MOS) Facilidade para integração em CI

4 FET Construção (JFET canal n) D Dreno G Porta (Gain) n pp S Fonte (Source)

5 FET Construção (JFET canal p) D Dreno G Porta (Gain) p nn S Fonte (Source)

6 FET Construção Região de depleção Formada pela junção dos materiais p e n Fenômeno idêntico ao dos diodos DDPs importantes: v DS Tensão entre dreno e fonte v GS Tensão aplicada nas portas e fonte Atente para conexão entre ambas as portas

7 FET v GS = 0, v DS > 0 n pp

8 FET v GS = 0, v DS > 0 Fluxo de elétrons induzidos por v DS sentido real da corrente Alteração Alteração forçada da zona de depleção n pp

9 FET v GS = 0, v DS > 0 Aumentando v DS, aumenta-se a zona de depleção. Existe limite? E a corrente entre os nós D e S? n pp iDiD iSiS

10 FET v GS = 0, v DS > 0 Por que a zona de depleção aumenta?

11 FET v GS = 0, v DS > 0 Por que a zona de depleção aumenta? cobrem Elétrons externos cobrem as lacunas do material n Tensão da fonte v DS Cobertura propaga-se no sentido real da corrente Existem regiões de depleção maiores e menores ao longo do FET depende sentido real da corrente Orientação depende do sentido real da corrente Induzidas pelo fluxo de elétrons da fonte externa Distribuição uniforme de resistência R no FET

12 FET v GS = 0, v DS > 0 Aumento de v DS induz uma resistência no JFET i D = i S JFET não altera densidade de fluxo de corrente (v G =0) i D = v DS / R No limite (v DS = v P ) JFET limita densidade de fluxo de corrente (R = ) Corrente é limitada a i D = i DSS saturação Corrente de saturação Corrente do dreno quando porta está em curto Não há estrangulamento de corrente!

13 FET Curva i D v DS i DSS vPvP iDiD v DS v GS = zero

14 FET v GS 0 (JFET canal n) v DS aumenta região de depleção Polarização reversa Independente de v DS n pp i G =zero

15 FET v GS 0 (JFET canal n) Aumentando v DS, aumenta-se a zona de depleção n pp

16 FET v GS 0 (JFET canal n) Aumentando v DS, aumenta-se a zona de depleção n pp

17 FET v GS 0 (JFET canal n) Reduzindo v GS Aumentamos zona de depleção nas junções p-n Para v DS = zero Reduzimos v P Reduzimos i DSS

18 FET Curva i D v DS (JFET canal n)

19 FET Curva i D v DS (JFET canal n) Lugar geométrico de v P i DSS s

20 FET v GS 0 (JFET canal n) Quando v GS = v GS-off = v P i DSS = zero FET está desligado À direita do lugar geométrico de v P Região de saturação do FET fonte de corrente FET como fonte de corrente! À esquerda do lugar geométrico de v P Região de amplificação/operação do FET v out (t) = G v in (t)

21 FET v GS > 0, v DS > 0 (JFET canal p) Fluxo das lacunas p nn iDiD iSiS i G =zero

22 FET Curva i D v DS (JFET canal p)

23 FET Símbolos para JFET Material N Material P

24 FET Comportamentos do JFET v GG = zero i D = i DSS se v DD > |v P | |v GG | |v P | i D = zero Independente de v DD Situação de corte na saída |v P | |v GG | zero 0 i D i DSS v GG = – v GS Importante para o circuito atual: v GG = – v GS iDiD

25 FET Comportamento do JFET i D = i DSS [ 1 – (v GS /v P ) ] 2 v GS = v P [ 1 – (i D /i DSS ) 1/2 ] i DSS e v P – dados do fabricante Equações são as mesmas Uso dependente da necessidade

26 FET Comportamento do JFET Para obter i D x v GS a partir de i D x v DS

27 FET Comportamento do JFET Para obter i D x v GS a partir de i D x v DS

28 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) p n n n G Porta (Gain) S Fonte (Source) D Dreno SS Substrato (SSubstract) Isolante (SiO 2 )

29 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) Região isolante (SiO 2 ) Daí o nome de óxido O nome metal vêm dos contatos metálicos Corpo formado de material p Canal formato de material n Não há contato Não há contato entre porta (G) e canal

30 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS = 0 p n n n

31 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS = 0 Corrente flui pelo canal de material n i D = i S Pode atingir i DSS Como no JFET p n n n iDiD iSiS

32 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS < 0 Redução da corrente no canal. iDiD iSiS p n n n

33 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS < 0 induz Tensão negativa na porta induz aumento de zona de depleção na região do canal Efeito de campo não há contato Importante: não há contato entre porta e canal Redução da corrente de elétrons no canal Corrente real, até o estrangulamento Como no JFET

34 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS > 0 Aumento da corrente no canal. iDiD iSiS p n n n

35 FET Construção (MOSFET depleção do tipo n) v DS > 0, v GS > 0 Aumento da corrente de elétrons no canal Elétrons adicionais são roubados dos portadores minoritários presentes no corpo – material p Exige cuidado para não destruir o componente i D > i DSS Intensificação da corrente no canal

36 FET Construção (MOSFET depleção do tipo p) Comportamento análogo ao MOSFET por depleção do tipo p iDiD iSiS n p p p

37 FET Comportamento (MOSFET depleção tipo n)

38 FET Comportamento (MOSFET depleção tipo p)

39 FET Comportamento (MOSFET depleção) Mesmas já vistas anteriormente i D = i DSS [ 1 – (v GS /v P ) ] 2 v GS = v P [ 1 – (i D /i DSS ) 1/2 ] i DSS e v P – dados do fabricante

40 FET Símbolos para MOSFET por depleção Atente para a ligação do substrato com a fonte. Material N Material P

41 FET Construção (MOSFET por intensificação n) p n n G Porta (Gain) S Fonte (Source) D Dreno SS Substrato (SSubstract) Isolante (SiO 2 )

42 FET Construção (MOSFET por intensificação n) Região isolante (SiO 2 ) Daí o nome de óxido O nome metal vêm dos contatos metálicos Corpo formado de material p Não há canal Não há canal Não há contato Não há contato entre porta (G) e o corpo

43 FET Construção (MOSFET por intensificação n) v DS > 0, v GS = 0 Não há corrente fluindo através do dreno e da fonte. Polarização reversa impede duplamente tal corrente. p n n

44 FET Construção (MOSFET por intensificação n) v DS > 0, v GS > 0 Indução de caminho de elétrons na região da porta iDiD iSiS p n n

45 FET Construção (MOSFET por intensificação n) Potencial v GS repele lacunas do corpo Aquelas próximas do isolante SiO 2 Indução de zona de depleção nessa região Potencial v GS atrai elétrons do corpo Elétrons de material p = portadores minoritários Formação de caminho/canal Agora há um condutor para circulação de corrente v GS controla vazão do canal induzido v GS > v T (tensão de limiar) para haver corrente

46 FET Construção (MOSFET por intensificação n) v DS > 0, v GS > 0 Aumento de v DS reduz corrente no canal virtual iDiD iSiS p n n

47 FET Construção (MOSFET por intensificação n) saturação Aumento da tensão v DS gera saturação Efeito equivalente ao MOSFET depleção ou FET Elétrons externos (da fonte v DS ) cobrem lacunas do substrato na vizinhança entre substrato/canal virtual Substrato = corpo Aumento de v DS não afeta mais i D i D é a corrente de saturação (equivalente ao i DSS )

48 FET Comportamento (MOSFET intensificação n)

49 FET Comportamento (MOSFET intensificação n) Comportamento não-linear Difere dos FETs e MOSFETs mostrados anteriormente v DS-sat = v GS – v T v T é fornecido pelo fabricante i D = k (v DS-sat ) 2 i D = k (v GS – v T ) 2 Para v GS > v T k depende da construção: k = i D-on / (v GS-on – v T ) 2

50 FET Construção (MOSFET intensificação p) Comportamento análogo ao MOSFET por intensificação do tipo p iDiD iSiS n p p

51 FET Comportamento (MOSFET intensificação p)

52 FET Símbolos para MOSFET por intensificação Atente para a ligação do substrato com a fonte. Material N Material P


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