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).