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Introducción a la
Electrónica
Transistores de efecto de campo
12/08/2008
Introducción a la Electrónica 2008
Características
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La corriente es controlada a travez de un campo
eléctrico establecido por el voltaje aplicado en el
terminal de control.
En los FET la corriente es conducida por un unico
tipo de portador (electrones o lagunas).
En los 60’s se fabricaron los primeros transistores
FET.
Los FET son de tamano muy reducido (mucho
menor que los transistores bipolares).
El proceso de fabricación es muy sencillo.
Su uso esta muy expandido en circuitos integrados.
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Familias de FETs
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MOSFET de enriquecimiento
MOSFET de empobrecimiento
JFET: FET de juntura
CMOS
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MOSFET
MOSFET canal-N
o de enriquecimento
SiO2 – Dioxido de silicio (aislante)
Substrato-source – JUNTURA PN
Substrato-drain – JUNTURA PN
Substrato
Source
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Drain
MOSFET – canal N
Si Vgs es positivo, las
lagunas son repelidas por
el campo ubicado en la
región del susbstrato que
se encuentra debajo del
gate dejando una región de
depleción
En la zona de depleción
quedan portadores de
carga negativos sin
neutralizar.
Una región N que conecta el drain y el
source es creada.
Si se aplica un voltaje entre source-drain, existe un flujo de corriente en el canal N
inducido
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Operación en la región resistiva
El voltaje Vgs minimo que crea un canal para la circulación de corriente se
denomina tensión de umbral (threshold voltage) Vt
Vgs
La tension Vgs controla a travez
del campo eléctrico la cantidad de
carga en el canal inducido
Al incrementarse Vgs, mas electrones hay disponibles
para la conduccion de corriente
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Conducción en MOSFETs
Vgs=0
Vds>0
Junturas
PN en
inversa
Id=0
Vgs>0
Vds=0
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El potencial positivo atrae electrones
que se acumulan debajo de la capa
de oxido -> Se crea un canal N
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Conducción en MOSFETs
Si Vgs se
sigue
aumentando
, se produce
el proceso
de inversión.
Vgs>Vt
(voltage de
umbral)
Si Vgs>Vt y Vds se incrementa, la capa de depleción del drain aumenta.
Si se continua aumentando Vds, el canal finalmente se corta. Esta tensión se
denomina Tension de pinched-off (Vp).
La corriente se mantiene
constante
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Tensión de pinched-off
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Conducción en MOSFETs
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Región triodo: Vgs>Vt
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Región de saturación
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Region de saturación
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Corriente de drain
La carga en la porción dx del canal es:
Capacitor de placas
paralelas formado entre el
canal y el electrodo de gate
Campo eléctrico creado por V(x)
Permitividad oxido de silicio
Espesor de la capa de oxido de silicio
el campo E produce el desplazamiento
de los electrones hacia el drain
Considerando que la corriente es
constante en todos los puntos del canal
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Corriente de drain
Reordenando los terminos de la ecuación y resolviendo un
par de integrales, se obtiene:
Región Triodo
Región de saturación
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MOSFET de enriquecimiento
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Ecuaciones – Región triodo
El FET se comporta
una resistencia
controlada por tensión
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Ecuaciones – Región saturación
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Modelo equivalente
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CANAL N vs CANAL P
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MOSFET de empobrecimiento
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Existe un canal entre el drain y el source.
En el caso de un MOSFET canal N, existe un canal
de material N entre el drain y el source
Puede operar como un MOSFET de enriquecimiento
MOSFET DE
EMPOBRECIMIENTO
(DEPLETION)
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MOSFET de empobrecimiento
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Canal N y Canal P
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Polarización de MOSFETS
Id=0.4ma, Vd=+1v
NMOS con:
W=
saturación
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Polarización - 2
Parámetros NMOS
Si Id=0.4mA
Hallar R, Vd
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Polarización 3
Parámetros:
Hallar corrientes y tensiones en el circuito
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Polarización 4
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Amplificadores
Para reducir la distorsión no lineal, la senal
de entrada debe ser pequeña
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Amplificadores
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Amplificadores - Ejemplo
Parámetros
Hallar
-Ganancia de tensión
-Impedancia de entrada
-Impedancia de salida
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Configuraciones básicas
Source común
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gate común
drain común
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JFET
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Es un dispositivo formado por un canal de material
semiconductor por el cual fluye una corriente.
La corriente puede ser controlada por medio de las
tensiones Vds y Vgs.
El jfet presenta una elevada impedancia de entrada
(mayor que el transistor bipolar).
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JFET – Principio de operación
Para Vgs=0 y Vds>0, existe
circulación de corriente entre
drain y source (Id).
Si Vgs<0, el canal comienza
a reducirse, su resistencia
aumenta y la corriente Id
disminuye.
Para Vds pequeno, el canal
es de tamano uniforme.
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El JFET opera como una resistencia cuyo valor
se ajusta variando Vgs
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JFET – Principio de operación
Si se continua incrementando
la tensión Vgs, la capa de
depleción se sigue ensanchando.
Existe un valor de Vgs donde el
canal desaparece.
Esta el la tensión Vgs de pinched-off
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JFET - Principio de operación
|Vgs|<Vp.
Si se incrementa Vds, la
capa de depleción se
ensancha.
El canal tiene una forma
no-uniforme (embudo).
Si se continua
aumentando Vds, el
canal se corta.
La corriente de drain se satura
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JFET – Tensión y corriente
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Las ecuaciones son similares al MOSFET de
empobrecimiento
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