FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS EXATAS
ENGENHARIAS DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO;
ELÉTRICA; COMPUTAÇÃO E ELETRÔNICA
LABORATÓRIO MATERIAIS DISPOSITIVOS E CIRCUITOS ELETRÔNICOS
Título da Experiência:
LEVANTAMENTO DAS CARACTERÍSTICAS DO MOSFET
Profs. Angelo Battistini e Julio C. Lucchi
OBJETIVOS:
Por meio do levantamento da curva característica do MOSFET, buscamos neste experimento uma familiarização com transistores de efeito de campo com estruturas MOS e dos parâmetros utilizados e projetos e simulações.
INTRODUÇÃO TEÓRICA:
A primeira estrutura proposta para os transistores na década de 1940 é hoje conhecida pela sigla MOS-FET, que significa Transistor de Efeito de Campo com Metal sobre Óxido sobre Semicondutor. Os MOSFET´s constituem hoje um grande avanço do ponto de vista tecnológico, pois, permitem a construção de dispositivos menores mais rápidos e de fácil fabricação. O fato do terminal de porta ser isolado propicia uma alta impedância que pode ser bastante útil em alguns casos.
O nome do dispositivo descreve em parte a sua estrutura, são transistores nos quais o contato do terminal de controle, chamado de porta (ou “gate”) é isolado do silício por um isolante, em geral o óxido de silício.
A figura 1 abaixo mostra a construção de um MOSFET:
Figura 1: esquema da construção do MOSFET REGIÃO DE TRIODO:
Figura 2: formação de canal entre dreno e fonte na região de triodo Terminal de porta
Terminal de dreno Terminal de fonte
Terminal de substrato
Substrato de silício (Tipo P)
Dopagem N Dopagem N
Óxido metal
Vg>Vt
+ Vds
Substrato de silício (Tipo P)
Dopagem N Dopagem N
Óxido metal - - -
canal
Para a região de triodo vale a expressão:
. . 2
2 DS DS T G ox
n D
V V V L V
C W I
REGIÃO DE SATURAÇÃO
22
1 Vgs Vt
L C W
Idsat n ox
Figura 3: estrangulamento de canal na região de saturação.
No experimento são utilizados os transistores contidos no Circuito Integrado (CI) HEF4007, cujo diagrama esquemático e pinagem são dados abaixo:
Figura 4: diagrama esquemático interno do HEF4007 Vg>Vt
+ Vds
Estrangulamento de canal
Substrato de silício (Tipo P)
Dopagem N Dopagem N
Óxido metal
Figura 5: pinagem do 4007 MATERIAL UTILIZADO:
Circuito Integrado HEF4007.
Amperímetro, voltímetro
Resistores 1k, 1k (variável), protoboard PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
PARTE 1 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE LIMIAR (Vt)
1. Montar o circuito:
Observe que Vgs = Vds, como a tensão Vds mínima para saturação (VdsminSAT) é:
VdsminSAT = Vgs – Vt se Vt > 0, com certeza temos:
Vds > VdsmínSAT
Logo, essa montagem garante que o transistor esteja na região de saturação:
2. Complete a tabela abaixo, regulando Vdd e medindo de VGS e ID, calculando também a raiz quadrada de ID
VGS (V) ID (mA)
ID (mA)1/2 2,0
2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
3. Trace a curva de ID x VGS, que deve resultar em uma reta. Extrapole a curva até o ponto onde cruza o eixo de VGS, esse ponto é o valor da tensão de limiar (Vt).
1. Montar o circuito:
2. Ajuste VG = 1,0 V (VGS), varie VDD para que se obtenha em VDS as tensões 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0;
5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10 e 11 V conforme a tabela e, meça a corrente de dreno ID (Amperímetro) para cada tensão VDS.
3. Repita o procedimento para VG = 2,0; 3,0; 4,0 e 5,0 V (VGS).
A tabela abaixo pode ajudá-lo a anotar os valores de Ids de forma mais organizada:
VDS (V) VGS = 1V VGS = 2V VGS = 3V VGS = 4V VGS = 5V 0,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
4. Verifique na tabela as regiões de saturação e de triodo (lembre-se que na região de saturação a corrente ID praticamente não varia)
5. Uma vez determinado o valor de Vt, esboce no espaço abaixo a curva de Idsaturação x VGS e as curvas de ID x VDS para os valores de Vgs medidos. (dica: em ambos os gráficos, utilize a mesma escala para ID, isso facilita a visualização).
6. Na região de saturação a corrente é dada pela expressão:
22 '
1 Vgs Vt
L k W
IDsat n
os termos: k’n, W e L são determinados pelo fabricante do dispositivo e constituem uma constante, que chamamos de KN, para o dispositivo:
L k W KN 'n
2
1
determine o valor dessa constante:
KN = _____________________
