16/6/2010

IFBA

MOSFET

CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica
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Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE

Vitória ...
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MOSFET´s – estrutura e símbolos
Tipo Depleção – normalmente ligado

Tipo Intensidade – normalmente desligado

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MOSFET-D – Tipo Depleção - Curvas
Curva de Dreno

– Região de saturação;
– Região ativa;
– Região de corte;
– R...
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MOSFET-D – Tipo Depleção - Aplicações
 Se a impedância de entrada de um Jfet não for suficientemente alta, pod...
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MOSFET-E – Tipo Intensificação - Funcionamento
•Quanto a porta é suficientemente positiva e todas as lacunas ad...
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MOSFET – Tensão de Ruptura
Os Mosfet’s dos tipo depleção e de intensificação, têm uma camada fina de
dióxido d...
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MOSFET-E – Amplificador cc

 Opera sempre até a frequência zero, sem perda de ganho;
• Não é necessário capaci...
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MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave
 Amplificador amostra e mantém
– O Jfet ou o Mosfet pode funcionar...
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MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave
 Inversor CMOS
– Circuitos MOS complementares (CMOS);
– Quando um ...
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MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS
 Vantagens
• TBJ - Deriva térmica
– U aumento na t
Um
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temperatura;
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–...
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MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS
 Vantagens
• TBJ – Velocidade de chaveamento
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MOSFET-E – VMOS – Aplicações
 Interface
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  1. 1. 16/6/2010 IFBA MOSFET CELET – Coordenação do Curso Técnico em Eletrônica , Professor: Edvaldo Moraes Ruas, EE Vitória da Conquista - 2009 MOSFET´s - introdução • Semicondutor FET de óxido metálico, ou Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect); • É um transistor unipolar, pois depende somente de um tipo de carga, ou as lacunas ou os elétrons; • Ao contrário do JFET a porta é isolada do canal canal. • É um dispositivo sensível a tensão 1
  2. 2. 16/6/2010 MOSFET´s – estrutura e símbolos Tipo Depleção – normalmente ligado Tipo Intensidade – normalmente desligado • • • • Fonte porque os elétrons livres entram no dispositivo nesse ponto. Dreno por onde os elétrons livres saem; Substrato ou corpo (o quarto terminal); Porta = gate - SiO2 = dióxido de silício = isolante (mesmo que vidro). MOSFET-D – Tipo Depleção - Funcionamento Modo de depleção VDD força os elétrons livres a passarem pelo canal; Quanto mais negativa a tensão da porta, menor a corrente do dreno; Corrente da porta = de fuga, desprezível; Deste modo o funcionamento do Mosfet é semelhante ao de um Jfet; Modo de intensificação (crescimento) Como a porta é isolada do canal, podemos aplicar uma tensão positiva à porta; Que aumente o número de elétrons livres do canal; Corrente da porta = de fuga, desprezível; Resistência de entrada da ordem de 10.000 MΩ a 10.000.000 MΩ. 2
  3. 3. 16/6/2010 MOSFET-D – Tipo Depleção - Curvas Curva de Dreno – Região de saturação; – Região ativa; – Região de corte; – Região de ruptura. Curva de Transcondutância – A equação para qualquer JFET é: – A curva é um trecho de parábola; – Ponto Q --- VGS = 0 e ID = IDSS; MOSFET-D – Tipo Depleção - Polarização  Polarização zero;  Como o Mosfet’s opera no modo depleção todos os métodos de polarização do Mosfet s Jfet’s podem ser usados: – Polarização da porta; – Autopolarização; – Por Divisor de Tensão; – Por Fonte de Corrente. 3
  4. 4. 16/6/2010 MOSFET-D – Tipo Depleção - Aplicações  Se a impedância de entrada de um Jfet não for suficientemente alta, podemos usar um Mosfet; – Como Buffer;  Como Amplificadores GC;  Baixo ruído;  Mosfet com porta dupla para amplificadores cascode, que equivale a amp. GC e um SC. – Usado para altas frequências, devido sua baixa capacitância de entrada; – Circuito de RF. MOSFET-E – Tipo Intensificação - Funcionamento Esse Mosfet conduz somente no modo de intensificação; É amplamente usado como uma chave porque é normalmente desligada. Criando a camada de inversão •Quando VGS = 0 o substrato p tem apenas alguns elétrons, portadores minoritários, ID = 0; •A porta e o substrato são como duas placas de capacitor separados por um dielétrico (SiO2); •Um potencial positivo na porta joga elétrons livres no substrato p, que recombinam com lacunas adjacentes do dióxido de silício; 4
  5. 5. 16/6/2010 MOSFET-E – Tipo Intensificação - Funcionamento •Quanto a porta é suficientemente positiva e todas as lacunas adjacentes estão recombinadas, ela passa a formar um canal fino entre a fonte e o dreno (camada de inversão tipo n); •Os elétrons livres começam a fluir da fonte para o dreno. Tensão de Limiar (threshold) •É a mínima tensão VGS que cria a camada de inversão tipo n; •Quando VGS < VGS(limiar) a corrente de dreno ID = 0; • VGS(limiar) pode variar de 1V a mais de 3V. MOSFET-E – Tipo Intensificação - Curvas Curva de Dreno – Região ôhmica (saturação - principal uso); – Região ativa = fonte de corrente; – Região de corte; – Região de ruptura. Curva de Transcondutância – A equação é diferente da anterior: ID = k[VGS – VGS(limiar)]2; ( ) – k = constante que depende do Mosfet; – Exemplo: 0,008 = K(5 - 3)2 = 4K; – k = 0,002; – Portanto: ID = 0,002(VGS – 3)2; – A curva é um trecho de parábola. 5
  6. 6. 16/6/2010 MOSFET – Tensão de Ruptura Os Mosfet’s dos tipo depleção e de intensificação, têm uma camada fina de dióxido de silício, justamente para dar à porta maior controle sobre ID; Por esse fato ela é facilmente destruída por uma tensão excessiva; Por exemplo, um 2N7000 tem uma especificação de VGS(max) = ± 20 V; Pode-se destruir essa camada de maneira mais sutis: • Inserindo ou retirando o Mosfet de um circuito ainda energizado; • Ou pegando neles, eletricidade estática. p g , Por isso frequentemente eles são embalados com anéis metálicos em volta de seus terminais, que são retirados depois de ter sido ligado ao circuito; Alguns Mosfet’s são protegidos por diodos zener interno, o que reduz a alta resistência de entrada. MOSFET-E – Tipo Intensificação - Polarização  Quando o Mosfet’s operam no modo intensificação nem todos os métodos de polarização do Jfet’s podem ser usados: – Polarização da porta; – Por Divisor de Tensão.  Polarização por realimentação do dreno; • Como IG ≈ 0, não aparece nenhuma tensão através de RG; • Portanto VGS = VDS(ligado); • Se ID(ligado) aumenta, VDS(ligado) diminui. Isto reduz VGS. O que compensa parcialmente o aumento inicial em ID(ligado); • Ponto Q → RD. 6
  7. 7. 16/6/2010 MOSFET-E – Amplificador cc  Opera sempre até a frequência zero, sem perda de ganho; • Não é necessário capacitores de acoplamento; • A tensão quiescente de saída é 0 V. MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave  Os circuitos que utilizam o transistor como fonte de corrente são chamados: circuitos lineares, circuito analógicos etc.  Os circuitos que utilizam o transistor como chave são chamados: Circuito de chaveamento, circuito digital ou circuito lógico. Os Mosfet’s tipo intensificação são mais indicados para circuitos digitais. – Pelo seu baixo consumo; – Pequeno espaço de ocupação numa pastilha.  Região ôhmica: RDS(lig) = VDS(lig) ID(lig)  Por esta razão são usados na fabricação de microprocessodores, memórias e em outros dispositivos. 7
  8. 8. 16/6/2010 MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave  Amplificador amostra e mantém – O Jfet ou o Mosfet pode funcionar como chave, em derivação ou série com a carga; – O Mosfet tipo Intensificação é conveniente porque normalmente está desligado; – A constante de tempo de carga é pequena porque rds(ligado) é pequeno; – Já a constante de tempo de descarga depende de RL; – Fazendo RL suficientemente grande o capacitor pode manter sua carga durante um longo tempo; – Usados em conversores. MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave  Carga Ativa – Por causa da polarização por realimentação do dreno; – rds(ligado) é 10 vezes maior do que rds(ligado) de Q2; – S Superior funciona como resistor; i f i i – O inferior como chave. 8
  9. 9. 16/6/2010 MOSFET-E – Tipo Intensificação – Como chave  Inversor CMOS – Circuitos MOS complementares (CMOS); – Quando um componente está ligado; – O outro esta d li d e vice-versa; desligado i – A tensão de saída é sempre oposta a da entrada; – Circuitos em séria → corrente fuga (nanoampéres). MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS  Mosfet convencional  Canal Vertical - VMOS – Duas Fontes; ID – Substrato age como dreno; – Q d VGS > VGS(limiar); Quando – Forma-se dois canais mais largos; – ID é muito maior; – Antes não podiam competir com as especificações de potência dos TBJ; – Amplificadores de áudio, de RF, etc. 9
  10. 10. 16/6/2010 MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS  Vantagens • TBJ - Deriva térmica – U aumento na t Um t temperatura; t – Abaixa VBE o que provoca um aumento e IC; – Que por sua vez produz um aumenta maior na temperatura; – Se a dissipação de calor for inadequada, o transistor é danificado. • VMOS - Ausência de deriva térmica – Coeficiente térmico negativo; – À medida que a temperatura aumenta ID diminui; – O que reduz a dissipação. MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS  Vantagens • TBJ – Não podem ser ligados em paralelos – S queda em VBE não se ajusta; Sua d ã j t – O TBJ que tiver VBE mais baixo tem IC maior. • VMOS - Podem ser ligados em paralelos – Coeficiente térmico negativo; – As correntes são aproximadamente iguais. p g 10
  11. 11. 16/6/2010 MOSFET-E – Tipo Intensificação - VMOS  Vantagens • TBJ – Velocidade de chaveamento – S t Saturação; ã – Tempo de atraso de saturação. • VMOS – Maior velocidade de chaveamento – Não existe cargas extras estocadas; – Pode sair da saturação quase imediatamente; q – De 10 a 100 vezes mais rápido que o TBJ. MOSFET-E – VMOS – Aplicações  Amplificador Classe C 11
  12. 12. 16/6/2010 MOSFET-E – VMOS – Aplicações  Interface p potência e uma carga de alta g • Um buffer entre um dispositivo de baixa p potência. MOSFET-E – VMOS – Aplicações  Interface p potência e uma carga de alta g • Um buffer entre um dispositivo de baixa p potência. 12

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