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Circuitos Eletrônicos I(ELE 0511)
Transistores de efeito de campo - 1
Diodos Dispositivos de 2 terminais
Dispositivos de 3 terminais
uso de tensão ou corrente entre 2 dos terminais para controlar a corrente no terceiro terminal.
Controlador de corrente Operação como chave
vi
Ii
vO
Principais dispositivos de 3 terminais:
• Transistores de efeito de campo (“Field Effect Transistors”)
JFET (“Junction Field Effect Transistor”)
MOSFET (“Metal Oxyde Field Effect Transistor”)
• Transistores bipolares de junção TBJ (“Bipolar junction transistor”)
Transistor JFET – (“Junction Field Effect Transistor”)
JFET – Canal N
JFET – Canal N
P P
+
-+
-
N
N
Operação do JFET para valores pequenos de vDS
Gate
Drain
Source
iD
vDS
vGS = 0
vGS = -2V
vGS = -3V
vGS = -V
Tensão se “pinch off”
Operação do JFET para valores crescentes de vDS
2
PGS
od
)VV(1
rr
Curva de transferência para o JFET
Estrutura do MOSFET
Dimensões:Comprimento do canal (L) = 32nm a 3µm (tecnologia
atual)W = 20nm a 100µmEspessura da camada de SiO2 = 2 a 5nm
Sem tensão na porta R = 1012 Ω
Parâmetros importantes do MOSFET
Parametros– Comprimento do canal “Channel Length” - (L)– Largura do canal “Channel Width” - (W)– Espessura do óxido - (tOX)– Oxide permittivity (εOX)– Electron Mobility (μn)
Lacunas livres repelidas da região do substrato sob a porta, deixando a região depleta de portadores.
Região de depleçao repleta de ligações covalentes de cargas negativas associadas aos átomos aceitadores (descoberta por causa das lacunas que foram empurradas para dentro do substrato)
Tensão positiva atrai eletrons da região n+ da fonte e do dreno.
lacunas
Quando for acumulado um número suficiente de eletrons próximos à superfície do substrato sob a porta, uma região N é criada conectando as regiões da fonte e do dreno (canal)
Aplicando uma tensão entre dreno e fonte haverá circulação de corrente pelo canal devido aos eletrons livres.
Esse dispositivo é chamado MOSFET canal N ou NMOS.
Um MOSFET canal N é formado em um substrato tipo P. O canal é criado pela inversão da superfície do substrato do tipo P para o tipo N. O canal é muitas vezes chamado de canal de inversão e o MOSFET é chamado de MOSFET de inversão.
O valor mínimo de tensão VGS na porta para formar o canal é chamada tensão de limiar(“threshold” - VT) e é da ordem de 0,5V a alguns volts.
Porta e canal formam um capacitor de placas paralelas campo elétrico atua na direção vertical controlando a quantidade de cargas no canal determina a condutividade (que circula pelo canal).
Operação com baixos valores de VDS
Condutância do canal – proporcional ao excesso de tensão (VGS – VT), também conhecida como tensão efetiva ou sobretensão de condução - VOV).
FETs operando como resistores
THGSoxn
ON
VVLW
CR
1
FETs operando como resistores
Atenuador
Filtro ativo CAG
Operação com valores altos de VDS
Mantendo VGS constante para um valor maior do que VT.
VDS aparece como uma queda de tensão ao longo do canal.
A tensão ao longo do canal aumenta a partir da fonte (S), 0V, até o dreno (D), VDS, portanto o canal não mantem uma profundidade uniforme ao longo do seu comprimento, estreitando-se à medida que se paroxima do Dreno (resistividade vai aumentando à medida que se aproxima do Dreno).
No final do canal, próximo ao Dreno, a profundidade diminui para próximo de zero (diz-se que o canal está estrangulado – “pinched off”)
Aumentando VDS além desse valor, o efeito é pequeno sobre a forma do canal e a corrente do canal se mantém constante a partir de Vds
= VGS - VT
Regiões de operação do MOSFET
Vgs < VT - Região de corte – MOSFET não conduz
VT < VDS < Vgs - VT – Região de triodo – Para baixos valores de VGS o MOSFET opera como um resistor
VDS > Vgs – VT – Região de saturação – iD permanece constante independente do valor de VDS
Região de limiar
Provinha
VGS (V) VDS (V) Região de operação4,5 0,8 3,0 0,5 -7,0 -9,5 2,8 2,0 1,7 14
6,0
2
7,5 5,0 3,0 5,0 -1,0 -2,0
Considere um transistor NMOS tipo enriquecimento com VT = 2,5 V. Preencha a tabela abaixo indicando em que região o
transistor está operando (triodo, saturação, transição (ou limiar), corte).
Considere um transistor NMOS tipo enriquecimento com VT = 2,5 V. Preencha a tabela abaixo indicando em que região o
transistor está operando (triodo, saturação, transição (ou limiar), corte).
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