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V115 V

V215 V

R24.7k

R3

Key = A

10M 50%

LED1

XMM1

XMM2

XMM3

Q2

BF247A

R11.3k

Vgs off = - 4V

REGIÕES DE OPERAÇÃO DC DO JFET e MOSFET (APROXIMAÇÕES)

Professor Albérico Oliveira

Condições de funcionamento do JFET

• Corte: VGS ≤ VGSoff Vds = Vdd Id = 0 A • Saturação: VGS > VGSoff e Vds < Vgs (em módulo, porque Vgs é negativo). Id = Max (depende de IRL) • Tríodo: Região ativa ou “Linear”.

Fig. 1 - JFET: operação no corte, região ativa e saturação OBSERVAÇÃO: O termo linear está entre aspas porque os transistores FETs não apresentam uma variação de corrente Id perfeitamente linear, e sim, quadrática, que gera uma curva parabólica. VGS > VGSoff (Vgs é menos negativo), VDS < (VGS – VGSoff)

Id = Δ Vgs, mais precisamente: Id = Idss (1 - Vgs / Vgs off)2; Vgs off = Vp.

O ganho do J-FET e do MOS-D (depleção) é dado por gm = Δ Id / ΔVgs. Inverso da lei de Ohm.

A Fig. 1 mostra um circuito de polarização do JFET capaz de fazer o mesmo operar nas três regiões de operação semelhante ao BJT.

Para amplificar sinais fracos, semelhante ao BJT, a polarização é na região ativa ou linear, ponto central da reta de carga Fig. 2. A curva de transcondutância vista na figura 2 é a mais indicada para visualizar os pontos de operação devido a polarização inversa porta fonte.

Fig.2 – Gráfico de transcondutância mais apropriado para análise das regiões de operação do JFET e MOS depleção (D).

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A Transcondutância do FET define o GANHO de amplificação.

A Transcondutância gm ou g é a relação entre a variação da corrente Id em relação a a variação de Vgs que a provoca. É o inverso da lei de Ohm.

Regiões de operação do MOSFET Enriquecimento e depleção

• Um transistor NMOS ou PMOS é de Depleção quando já conduz com VGS=0. Fig. 3.

• É de Enriquecimento NMOS, quando Vt (Vgs(th)) > 0 e VGS > Vt, para que o NMOS conduza. É PMOS quando: Vt < 0 e VGS < Vt para que o PMOS conduza. Fig. 4. Vt ou Vgs (th) = Tensão de limiar do MOS enriquecimento (MOS tipo E), representa a tensão mínima para o canal do MOS E começar a conduzir. Também é conhecido como Vgs(th).

MOS DEPLEÇÃO

Fig. 3 - Regiões de operação MOSFET DEPLEÇÃO. A análise é semelhante ao J-FET

Estrutura e Regiões de operação do MOSFET ENRIQUECIMENTO tipo N

O MOS tipo enriquecimento (tipo E) é muito usado em circuitos digitais devido à rapidez de chaveamento.

• Corte:

VGS < Vt ou Vgs(TH) (tensão de limiar)

Vds = Vdd

Id = 0 A

• Tríodo: região ativa ou “linear”

VGS > Vt,

VDS < (VGS – Vgs (th)). Fig. 4

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Q1

IRF250R1

10kohm

V1

12V 60%

Key = a

1M_LIN

R3

XMM1

XMM2

XMM3

X1

12V_10W

Gráfico de curvas de dreno mais apropriado para analisar as regiões de operação do MOS E Id = k Id (on); k = (Vgs – Vgs (th) / Vgs(on) - Vgs(th))

2 Vgs (th) = Vgs limiar. Vgs(on) = Vgs ligado. Vgs após passar Vgs(th) ou limiar. • Saturação: VGS > Vt, VDS > VGS – Vt Id = Max (Idss) Transcondutância: gm= 2k[VGS-VGS(th)] O ganho de tensão = outros dispositivos FET: Av=gm x RD RD = Resistencia de dreno (RL)

Fig. 5 - MOSFET INTENSIFICAÇÃO Simulação de corte, região ativa e saturação

Fig. 5

Este circuito, além de amplificar C.C pode também amplificar sinais (AC). Basta ligar ao gate

um capacitor devidamente calculado como visto para o BJT. Observe que o resistor de 10k

tem a função de evitar uma corrente de carga muito forte do capacitor que se forma entre o

gate e o canal, devido à isolação.

A linha que separa a zona de saturação e a zona de tríodo é VDS = VGS - Vt

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Um exemplo de aplicação com MOSFET INTENSIFICAÇÃO (atualmente mais usado por apresentar menores capacitâncias parasitas) é um resistor controlado por tensão, Fig. 6. Aqui, vemos a variação da queda de tensão através do MOSFET INTENSIFICAÇÃO para controlar o brilho da lâmpada (o brilho é uma função não-linear da corrente através da lâmpada). Quando a TENSÃO de porta aumenta a corrente de dreno também aumenta e a lâmpada se acende. À medida que a tensão de porta diminui, a corrente de dreno é reduzida, e a lâmpada fica mais fraca. Isso continua até que ela esteja desligada. O funcionamento se assemelha ao BJT NPN.

CIRCUITOS PRÁTICOS

BJT e MOSFET como chaves eletrônicas

Fig. 6

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EXEMPLO de ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS