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TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Transistores de efecto
de campo de juntura
JFET - MESFET
Transistores de Efecto de
Campo de Compuerta Aislada
IGFET o MOSFET
TRANSISTORES
DE EFECTO
DE CAMPO
Dispositivos
unipolares y
simétricos
canal N
canal P
El campo eléctrico
generado por la
tensión aplicada al
terminal de puerta
controla la corriente
drenaje - fuente
iD
D
+
v DS
G
+
vGS
S
-
-
La diferencia entre
drenaje y fuente está
determinada por el
sentido de circulación
de corriente
(el drenaje es el terminal por
donde ingresa la corriente)
Funcionamiento asimilable al
de una fuente de corriente
controlada por tensión
Drenaje y fuente se
distinguen por el sentido de
circulación
de corriente
La tensión puerta-fuente (vGS)
modula el ancho del canal y
controla la conducción entre
drenaje y fuente
El terminal de control (puerta)
no maneja corriente salvo
pequeñas corrientes de fuga
(IG ≈ 0)
JFET
G
transistor de efecto de campo de juntura
Opera con la juntura
puerta-canal polarizada
inversamente.
D
w
2b(x)
2a
S
vGS controla conducción
puerta P +
G
drenaje-fuente
NJFET
V P< 0
2a
canal N
JFET canal N
JFET canal N ⇒vGS ≤ 0
ten
s
del ión de
ca n
al o contra
c
de
pin ción
ch off
Si v G S > VP ⇒ i D =0
Si vG S < VP
i D = f (vGS ,vDS ) > 0
P
D
N
N-JFET
G
G
S
VP < 0
N
Zona deplección
con VGS grande
IG=0
D
Flujo
electrones
S
iD
iD
IDSS
v
GS
v
GS = 0
v
GS = - 0,5 V
v GS = - 1 V
v
DS
v
GS = - 1,5 V
v
GS = - 4 V
VP < vG S <0
DS
NJFET
TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑAS
v G S < VP ⇒ iD =0
v
zona de corte
zona resistiva u óhmica
zona de estrangulación o
saturación del canal
zona resistiva u óhmica
VP < vGS <0
2
 
vG S  v D S  v D S  
−
i D= I D S S 2  1 −

 
VP  -VP  VP  
 

NJFET
vDS ≤ vGS −VP > 0
i
Si v D S << vG S − VP
iD ≈ 2 I DSS
vG S  v D S

1 −

VP  -VP

D(O N )
=
vGS
r
δ vD S
=
δ iD
1
VP I D-1S S
2
vG S 

1 −

V
P 

D(O N )
r
i DD
vDS
−1
TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑA
zona de estrangulación o saturación del canal
o de corriente constante
iD
NJFET
v GS = 0
v DS ≥ vG S − VP > 0
VP < vG S < 0
iD = I D S S
vG S 

1 −

V
P 

(1 + λ v ) ≈ 1
DS
2
(1 + λ v )
v GS
v
GS = - 1,5 V
v
GS = - 4 V
vG S 

1 −

VP 

v
DS
2
2I D S S
δ iD
=−
gm =
VP
δ vG S
r
DS
P
GS = - 1 V
λ ≤ 0, 05 / V
iD ≅ IDS S
V
v
DS
iD
IDSS
v GS = - 0,5 V
δ vD S
=
δ iD
=
VG S cte .
vG S 

1 −

V
P 

1 + λ vD S
iD λ
zona de estrangulación o saturación del canal
o de corriente constante
iD
v GS = 0
V P < v G S < 0 v DS ≥ v G S − V P > 0
v GS = - 0,5 V
2
vG S 

iD = I DS S  1 −
 ( 1 + λ vDS )
V
P 

iD
IDSS
i D ≅ ID S S
v
V
P
vGS 

1 −

V
P 

GS
2
v GS = - 1 V
(1 + λ v D S ) ≈ 1
λ ≤ 0, 05 / V
v
r
DS
δ iD
gm =
δ vGS
2I
v 

gm = − D SS  1 − GS 
VP 
VP 
v GS = - 1,5 V
r
δ vD S
=
δ iD
DS
=
VGS cte.
1 + λ vD S
iD λ
GS = - 4 V
v
DS
VDD
Recta de
carga
R
iD =
I DQ = I D S S
+
vi
VGG
+
vo
-
V DD − v DS
R
VG SQ 

 1 −

V
P 

VDD/ R
ID = IDSS
VG S Q

 1 −
VP




2
VDD
VGSQ = VGG
2
NJFET
VP < vG S <0 v DS ≤ vG S
Lími
resis te conti
n
tiva
y zo uo entre
na d
zona
−VP > 0
e
del c
satu
ració
anal
.
n
VP < vG S <0 v DS ≥ vG S −VP > 0
iD
Si v D S = vG S −VP
⇒ iD =
CCoorre
rreggiriren
enaappunt
unete
ID SS
VP2
v D2 S
vDS
Tensiones de ruptura
Máxima tensión que se puede aplicar entre dos terminales.
tensión que provoca ruptura por avalancha en la juntura
T
E
JFET canal P ⇒ VP ≥ 0
F
J
P
Puerta polarizada inversamente ⇒
D P-JFET
G
vGS ≥ 0
D
G
S
VP > 0
S
P
Si v GS > VP ⇒ i D = 0
Si 0 < vGS < VP
i D = f (vGS ,vDS ) < 0
N-JFET
D
D
G
G
S
corte
D
G
vG S > V P
S
VPN < 0
Si VPN < vGSN < 0
S
iD
iD ≅ I DSS
Si 0 < vGSP < VPP
r
D ( ON )
2 IDS S 
vG S 
gm =
1 −

VP 
VP 
v DS ≥ vG S − VP

vGS 
1 −

V
P 

VPP > 0
v v

iD ≈ 2 I D S S  1 − G S  D S
VP  VP

v D S << vG S − VP
2
v
V
P
GS
D
G
iD = 0
conducción
P-JFET
r
DS
=
1 + λ vD S
iD λ
S
MESFET
transistor de efecto de campo de juntura metal-semiconductor
D
G
S
n+
n
ArGa
n+
Electrones
con alta
movilidad
Canal:
semiconductor compuesto (ArGa)
Puerta: metal
Interfase puerta canal:
unión Schottky
Dispositivos de alta velocidad
Funcionamiento similar a JFET
Conduce con vGS=0
VT entre –3V y –0,3V
Transistores de Efecto de Campo
de Compuerta Aislada
IGFET o MOSFET
empobrecimiento
normalmente
en conducción
enriquecimiento
normalmente
abiertos
MOS de enriquecimiento
NMOS
MOSFET empobrecimiento
Canal
preformado
Normalmente
en conducción
NMOS
G
D
S
n
n
Sustrato p
canal
enriquecimient
o
Campo
eléctrico
fuente
empobrecimien
to
vista superior
puerta
drenaje
canal
MOSFET enriquecimiento
NMOS ⇒ VT > 0
NMOS
Normalmente
Normalmente
cortado
cortado
PMOS ⇒ VT < 0
PMOS
enriquecimiento
NMOS ⇒ VT > 0
vGS < VT ⇒ iD = 0
PMOS ⇒ VT < 0
vGS>VT ⇒ iD=f(vGS,vDS)
zon
a re
NMOS ⇒ VT > 0
vGS > VT
enriquecimiento
sist
iva
vDS < vGS - VT
u óh
mic
a
1 2 
W 
i D = 2µ N Cox    ( vGS - VT ) vDS − vDS
2
 L 

1 2 

iD = 2 K  ( vGS - VT ) v DS − v DS 
2


iD
vGS
v DS << vGS - VT
⇒
vDS
i D ≅ 2 K ( vGS - VT ) v DS
δ v DS
rON =
δ iD
=[2K (v GS − VT )]
−1
VG S cte.
TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑAS
zona de estrangulación o saturación del canal
o de corriente constante
enriquecimiento
vGS>VT
vDS  >vGS–VT
i D = K (vGS − VT )2 (1+λvDS )
iD
IDQ
Q
vGS
VT
r
DS
δ vD S
=
δ iD
=
VG S cte .
1 + λ vD S
iD λ
δ iD
gm =
δ vG S
VGSQ
= 2 K ( vG S − VT )
Q
Q
O
M
N
S
Si vGS > VT
n
ó
i
c
c
u
d
n
co
si vDS > vGS – VT
si vDS < vGS – VT
[
i D = 2K (vGS -VT ) vDS
]
depende de la geometría
i D ≅ K (vGS − VT )
2
K = µNCox
depende de la tecnología
W
 
L
MOSFET empobrecimiento
NMOS
iD
i D ≅ K (vGS − VT )
2
v GS
PMOS
V
P
Dependencia de la Temperatura
movilidad de portadores
1, 5
 TR 
µ (T ) = µ (TR )   ⇒ iD ↓ 0,7 % º C
 T 
iD → disminuye
Si
∆ i D = gm ∆vGS
deriva nula
VP disminuye si aumenta T
VP varía ≈ -2,2 mV
iD → aumenta
Compensación
de efectos
ºC
Limitaciones de potencia
Potencia = iD v DS ≤ PMAX
Tensiones de Ruptura
JFET: tensión pico inverso juntura
BVDSO
BVGSO = BVGDO (30 a 50V)
MOSFET: tensión de ruptura del aislante
BVGSO = BVGDO (100V o más)
JFET (20 a 40V)
MOSFET (≥30)
Datos fabricante
JFET
IDSS ,VP
PMÄX
BVGSO, BVDSO
MOSFET
VT , K (iD@vGS)
PMÄX
BVGSO, BVDSO