Revisão FETs

8/20/2019 Revisão FETs

1/85

Eletrô

U

Resposta em Frequênc a:

Campo

Professor Davidso

davidson@

ica II

IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REIDepartamento de Engenharia Elétrica

Eletrônica IIResposta em frequência: FETs

rans stores e

E e to e

- FET

n Lafitte Firmo

fsj.edu.br


2/85

Tópicos:

1. Revisão da teoria dos transistores de

2. Modelagem dos FETs;

U

.

4. A resposta em frequência dos FETs.

feito de campo - FETs;



2


3/85

Revisão: Transistores de Efeito

Mosfets (Metal-Oxide-Semiconductor

Depleção

U

JFETs

e Campo

ield Effect Transistor)



3


4/85



Mais utilizado;

U

Possibilidade de projetos “mixe

e Campo




-signal”.

4


5/85



Depleção

U

JFETs

e Campo




5


6/85



Depleção

U

Canal N;

Canal P;

JFETs

e Campo




6


7/85


Estrutura e operação física do dispositiv

U

e Campo

o



7


8/85



U

e Campo

o



8


9/85



U

nm50a2:oxt

μm3a0,1: L

μm100a0,2:W

e Campo

o



9


10/85

Revisão: Transistores de EfeitoOperação sem tensão de porta

U

e Campo



10


11/85


U

fonte porta

corpo

e Campo



dreno

11


12/85


U

fonte porta

corpo

e Campo



dreno

12


13/85


U

fonte porta

corpo

:fonteedrenoentrecaminho

e Campo



dreno

13

Não há

condução! Com

vg=0120


14/85

Revisão: Transistores de EfeitoCriação do canal para condução de corr

U

e Campo nte



14


15/85


U

e Campo nte



15


16/85


U

e Campo nte



16


17/85


U

Ca

e Campo nte



17

Nal


18/85


19/85

Revisão: Transistores de EfeitoAplicação de um “pequeno” valor de

U

v e Campo



S

19


20/85


U

v e Campo



S

20


21/85


U

v e Campo



50mV)( S

21


22/85

Revisão: Transistores de EfeitoExemplo: Da descrição sobre a operação do M

proporcionalidade k n para um dispositivo cujas

Obtenha também a resistência dreno-fonte para

U

(mA) Di

50 100 150 20

1,0

2,0

3,0

4,0

e Campo SFET apresentada, obtenha a constante de

características são mostradas abaixo.

s diferentes valores de vgs



22(mV) DS v

V5,1 t GS V v

V1 t GS V v

V5,0 t GS V v

t GS V v


23/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






23

)

V

t V

DS t GS n D


24/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






24

)

V

t V

DS t GS n D

vV v

ik

DS t GS

Dn


25/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






25

)

V

t V

DS t GS n D

vV v

ik

DS t GS

Dn

k n2

2

3

mA/V1V2,02

A104,0


26/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






26

)

V

t V

DS t GS n D


27/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






27

)

V

t V

DS t GS n D

t GS n D DS

V vk

i

v

1


28/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






500200 v DS

28

)

V

t V

4,0

i D


29/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






500200 v DS

29

)

V

t V

4,0

i D

6673,0

200

i

v

D

DS


30/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






500200 v DS

30

)

V

t V

4,0

i D

6673,0

200

i

v

D

DS

10002,0

200

i

v

D

DS


31/85




U

(mA) Di V2 t GS V v

(m DS v

5,1 t GS V v

V1 t GS V v

5,0 t GS V v

GS v

50 100 150 200

1,0

2,0

3,0

4,0






500200 v DS

31

)

V

t V

4,0

i D

6673,0

200

i

v

D

DS

10002,0

200

i

v

D

DS

20001,0

200

i

v

D

DS


32/85

Revisão: Transistores de EfeitoOperação com o aumento de

U

DS v e Campo



32


33/85


U

DS v e Campo



33


34/85


U

DS v e Campo



34

Ã Ã


35/85


U

DS v e Campo



35

Ã Ã


36/85


U

DS v e Campo



36

Ã Ã


37/85


U

DS v e Campo



37

Ã Ã


38/85


U

DS v

SaturaçãoTriodo

e Campo



38

U IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI


39/85


U

DS v e Campo



39


40/85



41/85


U

DS v

SaturaçãoTriodo

e Campo



41



42/85

Revisão: Transistores de EfeitoDeterminação da relação

U

DS D vi

t GS V v 1.)

t GS DS V vv 2.)

e Campo



42



43/85

Revisão: Transistores de EfeitoDeterminação da relação

U

DS D vi

t GS V v 1.)

t GS DS V vv 2.)

e Campo



43

r o o



44/85

U

Porta

W

x

CanalFonte

áreadeunidade poriaCapacitânc

mF1045,39,3 110

ox



oxt

Fonte

44

Dreno

ox

oxoxt C



45/85

U

Porta

W

x

CanalFonte

10145,3 10nmPara

oxox C t

23 1045,3mF1045,3 oxC



oxt

2SiO

WdxC ox

valor deCapacitor

45

Dreno

m0mF0 9

11

23 mFf



46/85

U

Porta

W

x

CanalFonte

Qual a carga armazenada na porção ?WdxC ox

V C q

t GS ox V xvv xW C q )(dd




oxt

2SiO

WdxC ox

valor deCapacitor

46

Dreno

Sinal negativo: dq é uma carga

negativa!



47/85

U

Porta

W

dqCarga

dx

xdv E

)(

)( xdv

)( xv

velocid

x

CanalFonte



oxt

WdxC ox

valor deCapacitor

2SiO

47

dt

dx ade

DS v

L

Dreno



48/85

U

Porta

W

dqCarga

dx

xdv E

)(

)( xdv

)( xv

velocid

x

CanalFonte



oxt

WdxC ox

valor deCapacitor

2SiO

48

dt

dx ade

DS v

L

Dreno

vDS produz um campo elétrico ao longo

do canal



49/85

U

Porta

W

dqCarga

dx

xdv E

)(

)( xdv

)( xv

velocid

x

CanalFonte



oxt

WdxC ox

valor deCapacitor

2SiO

49

dt

dx ade

DS v

L

Dreno

O campo E faz com que as cargas

adquiram velocidade!

)( x E dt

dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d



50/85

U

dqCarga

dx

xdv E

)(

velocid

dx

CanalFonte

)( xdv



dt

dx ade Dreno )( x E dt

dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d

50

DS v

L



51/85

U

dqCarga

dx

xdv E

)(

velocid

dx

CanalFonte

)( xdv

x

xv

dt

dxn

d

)(d

x

xv

x

V xvv xW C i n

t GS ox

d

)(d

d

)(d



dt


dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d

xddd

51

DS v

L

t xt i

ddd


x

xv xvV vW C i t GS oxn

d

)(d)(



52/85

U

dqCarga

dx

xdv E

)(

velocid

dx

CanalFonte

)( xdv

x

xv xvV vW C i t GS oxn

d

)(d)( i n D



dt


dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d

xddd

52

DS v

L

t xt i

ddd


x

xv xvV vW t GS ox

d

)(d)(



53/85

U

dqCarga

dx

xdv E

)(

velocid

dx

CanalFonte

)( xdv

dd

)(d)( xi x xv xvV vW C i Dt GS oxn D

)(d)(d xv xvV vW C xi t GS oxn D

)(dd WvC xvV vW C xi oxnt GS oxn D

V S S O JO ODepartamento de Engenharia Elétrica


dt


dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d

xddd

53

DS v

L

t xt i

ddd


)(d)( xv xvV vW C t GS oxn

)(d) xv x



54/85

dqCarga

dx

xdv E

)(

velocid

dx

CanalFonte

)( xdv

()(dd WvC xvV vW C xi oxnt GS oxn D

DS v

t GS oxn

L

D v xvV vW C xi00

(d)(d

2

2

DS

oxn DS t GS oxn D

v

W C vV vW C Li

JDepartamento de Engenharia Elétrica


dt


dxn

x

xv

dt

dxn

d

)(d

xddd

54

DS v

L

t xt i

ddd


)(d) xv

)



55/85

2

2

DS oxn DS t GS oxn D

vW C vV vW C Li

2

2

DS oxn DS t GS oxn D

v

L

W C vV v

L

W C i

2

2

DS n DS t GS n D

v

Lk vV v

Lk i

utânciatranscondde parâmetronk

aspectoderazão L

W



55



56/85

2

2

DS n DS t GS n D

v

L

W k vV v

L

W k i

DS t GS vV v

2

GS nt GS t GS n D

v

L

W k V vV v

L

W k i

2

2

2 t GS nt GS n D V v LW k V v

LW k i

22

1t GS n D V v

L

W k i



Modelagem para a região de triodo

Para região de saturação

56

2t

Modelo para a região de saturação



57/85

T

2

DS n DS t GS n D

vW k vV v

W k i Saturaçãoriodo



22

1t GS n D V v

L

W k i

57



58/85

Revisão: Transistores de EfeitoExercício: Para um processo tecnológico de 0

cm2/V∙s, obtenha Cox, k n’ e a sobretensão de co

transistor com W/L=2,5 opere na saturação com

para VDS?

e Campo 8μm para o qual tox=15nm e μn=550

dução Vov=VGS-Vt necessários para que um

ID=4mA. Qual é o valor mínimo necessário

Departamento de Engenharia ElétricaEletrônica II

Resposta em frequência: FETs

58



59/85




para VDS?

22

1t GS n D V v

L

W k i

ox

oxox

t C

noxn C k






59



60/85




para VDS?

2μmFf 230

15nm

μmFf 45,3

ox

oxox

t C

sVcm550μmFf 230 22

nk

01,0sV

μm10550

μm

F10230

28

2

15

nk

6,12sV

VsA

01265,0sV

F

01265,0

nk






60

sV

F65

2VmA

5



61/85




para VDS?

2

2

1t GS n D V v

L

W k i

2VmA65,12nk

2

2

V

mA5,265,12

2

1mA4 t GS V v

22

V

mA5,265,12

2

1mA4

t GS V v






61



62/85




para VDS?

2VmA65,12nk

2

2

V

mA5,265,12

2

1mA4 t GS V v

22 5,265,122

1V4 t GS V v

V5,0625,21

V8 22 t GS t GS V vV v






62



63/85

Revisão: Transistores de EfeitoExercício:

e Campo



63

U IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REID d E h i El i


64/85

Revisão: Transistores de EfeitoOperação com o aumento de DS v

e Campo



64

U IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REID d E h i Elé i


65/85

Revisão: Transistores de EfeitoExercícios: (1) Projete o circuito da fig

e Campo ra para o seguinte caso:



2VA

60

oxnC

V1t V

65

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

U IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REID t t d E h i Elét i


66/85


G D V V




2VA

60

oxnC

V1t V

66

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV



67/85


G D V V

DD D RV v

S SS S i RV v




2VA

60

oxnC

V1t V Di

67

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

D



68/85


G D V V

DD D RV v

2

1n D L

W k i

S SS S i RV v




2VA

60

oxnC

V1t V Di

68

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

2t GS V

D

U IVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REIDepartamento de Engenharia Elétrica


69/85


G D V V

DD D RV v

2

1n D L

W k i

S SS S i RV v

2

1n D L

W k i




2VA

60

oxnC

V1t V Di

69

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

2t GS V

D

2t S V v



70/85


G D V V

DD D RV v

2

1n D L

W k i

S SS S i RV v

2

1n D L

W k i

6

3

VA1060

103,02




2VA

60

oxnC

V1t V Di

70

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

2t GS V

D

2t S V v

2

2 40

At S V v



71/85


6

3

A

103,02

V




2VA

60

oxnC

V1t V

2A

t S V v

71

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV



72/85


6

3

A

103,02

V

1060

13,026

V25,1S v




2VA

60

oxnC

V1t V

2A

t S V v

72

m3m;120 W W

mA0,3 D I

V0,4 DV

S v

1V40

23



73/85


e Campo ra de acordo com os dados:



2VA

200

oxnC

73

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV



74/85


G D V V

DD D RV v




2VA

200

oxnC

Di

74

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV



75/85


G D V V

DD D RV v

2

1Gn D v

L

W k i




2VA

200

oxnC

Di

75

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV

2t V



76/85


G D V V

DD D RV v

2

1Gn D v

L

W k i

6

22

1

A10160




2VA

200

oxnC

Di

76

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV

2t V

2

2 V6,0V1VμA

0 L

W



77/85


G D V V

DD D RV v

2

1Gn D v

L

W k i

6

22

1

A10160

2

6

V1V

μA200

10320




2VA

200

oxnC

Di

77

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV

2t V

2

2 V6,0V1VμA

0 L

W

LW

2

V6,0



78/85


6

V1μA200

10320

10 L

W


p gEletrônica II


2VA

200

oxnC

L

W

2V60

78

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV



79/85


DD D RV v


p gEletrônica II


2VA

200

oxnC Di

79

,t

?;? LW

μA160 D I

V1 DV


80/85



81/85

Revisão: Transistores de EfeitoExercícios: (3) Supondo Q1 e Q2 idêntic

dreno de Q2.

kΩ25kΩ20

e Campoos, determine a tensão e a corrente no

p gEletrônica II


2

V

A200 oxnC

81

V6,0t V

μm8,0μm;4 W W



82/85

Revisão: Transistores de EfeitoEsquemas de polarização

e Campo

p gEletrônica II


2V

A200 oxn

C

82

V6,0t V

μm8,0μm;4 W W

μA80 D I

V1 DV



83/85


e Campo


2V

A200 oxn

C

83

V6,0t V

μm8,0μm;4 W W

μA80 D I

V1 DV



84/85


e Campo


2V

A200 oxn

C

84

V6,0t V

μm8,0μm;4 W W

μA80 D I

V1 DV


85/85

Documents

Revisão FETs