Transistor de Efeito de Campo de Junção - MOSFET. Prof. Dr. Ulisses Chemin Netto ET74C Eletrônica 1

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Transistor de Efeito de Campo

de Junção - MOSFET

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Objetivo da Aula

(3)

Conteúdo Programático



Estrutura do MOSFET;



Funcionamento;

(4)

Construção de Conhecimento

esperado



Familiarizar-se com as características estruturais

e operacionais do MOSFET.

(5)

Divisão dos Transistores

Transistor Bipolar NPN PNP Unipolar JFET Canal N Canal P MOSFET Depleção Canal N Canal P Canal N Tipo de portador majoritário Modo de operação

(6)

MOSFET



Características gerais

– Similar ao JFET:

• Amplificação linear;

• Utilização como chave;

• Dispositivo com três terminais.

– Dois modos de operação:

• Depleção – condutividade depende do funcionamento da

camada de depleção;

• Intensificação – condutividade depende do funcionamento da

camada de inversão do tipo n.

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MOSFET Tipo Depleção



Construção

• O

dreno (D) e a fonte (S) se conectam

às regiões de tipo n. Essas regiões estão

conectadas pelo canal n.

•A

Porta (G) é conectada a uma fina

camada isolante de dióxido de silício

(SiO

₂

).

• O material de tipo n fica sobre um

substrato de tipo p que pode ter uma

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MOSFET Tipo Depleção



Construção

•Região isolante (SiO

₂

)

• Daí o nome de “óxido”;

• O nome “metal” vêm dos

contatos metálicos;

•“Corpo” formado de material p

•“Canal” formato de material n;

• Não há contato entre porta

(G) e canal n;

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MOSFET Tipo Depleção



Construção

•A camada isolante

de SiO

₂

é

responsável pelo alto valor da

impedância de entrada;

• A corrente de porta será sempre

muito pequena ≅ 0A, para as

configurações de polarização

CC.

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MOSFET Tipo Depleção



Símbolo gráfico

Terminal do substrato disponível Terminal do substrato conectado ao terminal fonte Não há ligação entre a

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MOSFET Tipo Depleção



Conexão do Substrato à Fonte:

– A conexão do substrato à fonte serve para evitar a

influência da junção pn, entre o substrato e o canal,

sobre a corrente I

_D

;

• Variação da tensão entre fonte e substrato implica em

variação do valor de pinch-off;

– Independe do valor da tensão entre porta e fonte;

• Como consequência, o substrato se comporta como uma

nova Porta, controlando a corrente I

_D

(efeito de corpo).

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MOSFET Tipo Depleção



Operação V

_GS

=0V e V

_DS

>0:

•Corrente flui pelo canal de

material n;

•i

_D

= i

_S

;

•Pode atingir i

_DSS

;

• Como no JFET

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MOSFET Tipo Depleção



Operação V

_GS

< 0V e V

_DS

>0:

•Tensão negativa na porta induz aumento de zona de depleção na região do canal

• Efeito de campo

• Importante: não há contato entre porta e canal

•Redução da corrente de elétrons no canal • Corrente real, até o estrangulamento

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MOSFET Tipo Depleção



Operação V

_GS

> 0V e V

_DS

>0:

•Aumento da corrente de elétrons no canal;

• Elétrons adicionais são “roubados” dos portadores minoritários presentes no substrato – material p;

• Novos portadores são criados a partir das colisões entre partículas aceleradas;

• Exige cuidado para não

destruir o componente i_S p n n n i_D

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MOSFET Tipo Depleção



Operação V

_GS

=0V e V

_DS

>0:

2 V V 1 DSS D P GS

I

_      −

=

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MOSFET Tipo Depleção



Modo de operação:

– Modo de intensificação:

• na curva I

_D

x V

_DS

valores acima de V

_GS

= 0V;

• Na curva I

_D

x V

_GS

valores positivos de V

_GS

.

– Modo de depleção:

• Valores entre V

_GS

=0 V e V

_GS

=-VP (corte e saturação), para

a curva I

_D

x V

_DS

;

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MOSFET Tipo Depleção



Canal p

_i D i_S n p p p • Comportamento análogo ao MOSFET por depleção do tipo n.

• A polaridade das tensões e sentido das correntes está invertido em relação ao MOSFET de canal n.

(18)

MOSFET Tipo Depleção



Canal p

(19)

MOSFET Tipo Depleção

(20)

MOSFET Tipo Depleção



Folha de Dados:

(21)

MOSFET Tipo Intensificação



Construção

• O dreno (D) e a Fonte (S) se conectam

às regiões de tipo n.

• A Porta (G) se conecta ao substrato tipo

p por uma fina camada isolante de

dióxido de silício (SiO₂). • Não há canal.

• O material de tipo n fica sobre um substrato tipo p que pode ter uma

(22)

MOSFET Tipo Intensificação



Operação V

_DS

> 0, V

_GS

= 0

• A ausência do canal n não permite que circule corrente de dreno;

• Não há caminho entre dreno e fonte;

•Há duas junções pn reversamente polarizadas, as quais se opõe a qualquer fluxo de elétrons significativos entre o dreno e a fonte.

p n

(23)

MOSFET Tipo Intensificação



Operação V

_DS

> 0, V

_GS

> 0

•Potencial positivo para o dreno e para a porta em relação a fonte;

•O potencial positivo da porta pressionará as lacunas para o substrato, através da camada de SiO₂;

• Região de depleção próxima à camada isolante livre de lacunas. •Os elétrons do substrato (portadores minoritários) são atraídos para a porta, que está a um potencial positivo e se acumularão próximo à superfície da

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MOSFET Tipo Intensificação



Operação V

_DS

> 0, V

_GS

> 0

•A camada de SiO₂ evita que os elétrons do substrato sejam absorvidos pela porta;

•O aumento de V_GS intensifica a concentração de elétrons próximos a superfície até um nível que permite o estabelecimento de uma corrente entre o dreno e a fonte.

• V_GS > V_T (tensão de limiar) para haver corrente.

•Recebe o nome MOSFET intensificação pois, o canal não existe para V_GS = 0 e é “intensificado” pela tensão V_GS > 0;

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MOSFET Tipo Intensificação



Operação V

_DS

> 0, V

_GS

= constante

• À medida que a V_GS se mantém constante e a V_DS

é aumentada, a I_D satura (I_DSS) e o nível de saturação (V_DSsat) é alcançado;

• Comportamento similar para o JFET e para o MOSFET tipo depleção.

•O valor de saturação para I_D ocorre devido ao processo de pinch-off, o qual torna o canal mais estreito próximo ao dreno;

• Elétrons “externos” (da fonte V_DS) cobrem “lacunas” do substrato na vizinhança entre

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MOSFET Tipo Intensificação



Curva Característica de dreno

Para valores de Aumento de V_GS acima de V_T → _{aumento de I}_D

(27)

MOSFET Tipo Intensificação



Operação V

_DS

> 0, V

_GS

= constante

onde: V_T = a tensão limiar do MOSFET 2 ) ( _GS _T D k V V I = −

k, uma constante, pode ser

determinada com a utilização de valores de um ponto específico e a fórmula:

I

V_DSsat pode ser calculada utilizando-se: Para determinar a I_D dada a V_GS:

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MOSFET Tipo Intensificação



Obtenção da curva de transferência

– Procedimento análogo ao JFET e MOSFET tipo

depleção;

(29)

MOSFET Tipo Intensificação



MOSFET com Canal P

• O MOSFET tipo intensificação de canal p é similar ao de canal n,

exceto pelo fato que as polaridades de tensão e as correntes são

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MOSFET Tipo Intensificação



Símbolo

Terminal do substrato disponível Terminal do substrato conectado ao terminal fonte Não há ligação entre a

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Referências Utilizadas



BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis.

Dispositivos eletrônicos e

teoria de circuitos. 11. ed. São Paulo: Pearson education do Brasil,

2013.



SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C..

Microeletrônica. 5ed. São Paulo:

Pearson Prentice Hall, 2007.



MALVINO, Albert Paul.

Eletrônica. 4. ed. São Paulo: Makron, c1997.

2v.



Floyd, Thomas L.;

Electronic Devices (Conventional Flow Version). 7

th

Edition. Prentice-Hall, Inc., USA, 2004.

(32)

Obrigado pela Atenção!

Prof. Dr. Ulisses Chemin Netto – ucnetto@utfpr.edu.br

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