Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte I

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1 Transistor de Efeito de Campo MOS (MOSFET) – Parte I
Jadsonlee da Silva Sá

2 Introdução MOSFET – Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido Semicondutor. Fabricados em dimensões pequenas, ao contrário dos TBJs. É possível integrar um número grande de MOSFETs em pastilhas de CI. Circuitos VLSI (Very Large Scale Integration) – Memórias e microprocessadores. Requer menos potência para operação quando comparado com o TBJ.

3 Introdução MOSFET tipo enriquecimento – Mais utilizado.
Dispositivo de três terminais: Porta – G; Fonte – S; Dreno – D. Idéia básica  Uma tensão aplicada na porta (G) controla o fluxo de corrente entre o dreno (D) e a fonte (S).

4 Introdução MOSFETs. Existem três regiões de operação: Corte  Chave.
Triodo  Chave. Saturação  Amplificador. Canal n (NMOS) Canal p (PMOS)

5 Operação do Dispositivo Canal n
Se vG = 0 e vDS ≠ 0. Não haverá circulação de corrente do dreno (D) para fonte (S) – Não existe um canal de condução. Resistência do dreno para a fonte é alta (1012 Ω). Criando um canal para circulação de corrente. vGS > 0  Gera um canal para circulação corrente. Se vDS > 0, uma corrente circulará do dreno para fonte.

6 Operação do Dispositivo Canal n
Criando um canal para circulação de corrente. O valor de vGS para formar um canal de condução é chamado de tensão de limiar - Vt. Vt é fixado durante a fabricação e possui valor na faixa de 0,5 a 1,0 V.

7 Operação do Dispositivo Canal n
Aplicando um pequeno valor de vDS (50 mV). Uma corrente iD circulará e sua intensidade depende do valor de vGS. Para vGS = Vt  A corrente é desprezível. Na prática, a condutância do canal é proporcional ao excesso de tensão (vGS - Vt)  Tensão efetiva. iD é proporcional a vGS-Vt. iS=iD e iG=0

8 Operação do Dispositivo Canal n
Aplicando um pequeno valor de vDS. O MOSFET opera como um resistor linear cujo valor é controlado por vGS.

9 Operação do Dispositivo Canal n
Resumindo... Para um MOSFET canal n conduzir é necessário: Criar um canal de condução  Aumentar vGS acima de Vt. Aplicar uma tensão vDS resultando na circulação de iD. iD é proporcional vGS-Vt.

10 Operação do Dispositivo Canal n
Aumentando vDS. Considere o circuito abaixo onde vGS é constante e maior que Vt, e vDS é variável. Para vDS pequeno, o MOSFET opera como um resistor linear. Quando vDS aumenta, a resistência do canal aumenta e o dispositivo não opera mais de forma linear.

11 Operação do Dispositivo Canal n
Aumentando vDS. A característica iD-vDS não será mais uma linha reta (será uma curva). vDS=vGS-Vt iD constante

12 Operação do Dispositivo Canal n
Determinação da relação iD-vDS. Região de triodo  vGS > Vt e vDS < vGS - Vt. Onde: - μn (Mobilidade de elétrons do canal N); - Cox (Capacitância por unidade de área); - W (Largura do canal); - L (Comprimento do canal).

13 Operação do Dispositivo Canal n
Determinação da relação iD-vDS. Região de saturação  vGS > Vt e vDS ≥ vGS - Vt. Obs.: Na saturação, iD permanece constante para dado vGS à medida que vDS varia.

14 Características de Corrente-Tensão
Considere o circuito abaixo com um MOSFET canal n e suas tensões vGS e vDS aplicadas.

15 Características de Corrente-Tensão
Na região de triodo. Se vDS for pequeno, podemos desprezar o termo vDS2. O dispositivo opera como uma resistência linear rDS cujo valor é controlador por vGS. Equação Linear

16 Características de Corrente-Tensão
Na região de saturação. iD aparentemente não depende de vDS. O MOSFET na saturação opera como uma fonte de corrente (iD) controlada por tensão (vGS).

17 Características de Corrente-Tensão
Modelo equivalente para grandes sinais do MOSFET canal n na região de saturação.

18 Características de Corrente-Tensão
Vimos que na região de saturação, iD independe de vDS. Na prática, existe uma dependência linear. Resistência de saída Tensão de Early

19 Características de Corrente-Tensão
Modelo equivalente para grandes sinais do MOSFET canal n na região de saturação considerando ro.

20 Características de Corrente-Tensão
MOSFET canal p. A tensão de limiar é negativa (Vt < 0). Para induzir um canal de condução Para ter circulação de corrente.

21 Características de Corrente-Tensão
MOSFET canal p. Na região de triodo. Na região de saturação. vGS, vDS, Vt e λ são grandezas negativas.

22 Circuitos com MOSFET em CC
Projete o circuito abaixo para ID = 0,4 mA e VD = 0,5 V. Onde: Vt = 0.7 V, μnCox = 100 μA/V2, L = 1 μm, W = 32 μm e λ = 0. Região de saturação

23 Tarefa Façam os exemplos da seção circuitos com MOSFET em cc.