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EFEITO DE CAMPO
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Experimento 5 – Características e Aplicações de Transistores
de Efeito de Campo (FET)
Objetivo
Os experimentos de laboratório aqui apresentados têm por objetivo familiarizar-se com o estudo das características básicas do transistor de efeito de campo (MOSFET) e iniciar a exploração de algumas de suas aplicações fundamentais (amplificadores, portas lógicas).
Transistor de Efeito de Campo
Um transistor bipolar de junção (TBJ) NPN ou PNP é um dispositivo de corrente controlada no qual estão envolvidas correntes de elétrons e lacunas. O transistor de efeito de campo (TEC) é unipolar. Ele opera como dispositivo de tensão controlada com a corrente de elétrons no canal N ou a corrente de lacunas no canal P. Os dispositivos TBJ ou TEC podem ser usados em um circuito amplificador (ou outros circuitos semelhantes, desde que sejam adequadamente polarizados). Existem dois tipos: o transistor de efeito de campo de junção (abreviadamente TECJ ou JFET – Junction Field Effect Transistor) e o transistor de efeito de campo de porta isolada ( IGFET – I nsulated G ate Field Effect Transistor), mais comumente chamado transistor metal-óxido-semicondutor (TECMOS ou MOSFET – M etal- O xide S emiconductor Field Effect Transistor). O transistor de efeito de campo difere do transistor de junção bipolar nas seguintes características importantes:
As principais desvantagens do FET são apresentar uma relativamente pequena banda de ganho em comparação com o TBJ e maior susceptibilidade a danos quando manuseado. O uso de dielétrico de porta, normalmente dióxido de silício, apresenta uma
Fonte Porta Dreno
Substrato tipo P
Óxido isolante
Metal
(a)
Fonte Porta Dreno
Substrato tipo N
Óxido isolante
Metal
(b)
Fonte Porta Dreno
Substrato tipo P
Óxido isolante
Metal
(c)
Fonte Porta Dreno
Substrato tipo N
Óxido isolante
Metal
(d) Figura 1 – Diagrama esquemático e símbolo do MOSFET: (a) tipo depleção canal N; (b) tipo depleção canal P; (c) tipo acumulação canal N; (d) tipo acumulação canal P.
A diferença básica entre os MOSFETs tipo acumulação e depleção está no canal, ou seja, no modo acumulação para se formar o canal, deve-se aplicar uma tensão de porta-fonte; no modo depleção o canal já é formado (fabricado), e a tensão porta-fonte controla a largura do mesmo. A Figura 2 mostra as curvas de transferência do JFET e dos MOSFET tipo depleção e acumulação.
(a) (b) (c) Figura 2 – Características de transferência: (a) do JFET; (b) do MOSFET canal N modo de depleção; (c) do MOSFET canal N modo de acumulação.
MOSFETs com Simetria Complementar (CMOS)
É bastante comum, principalmente em circuitos digitais, conectar transistores MOS tipo P e tipo N internamente a um dispositivo complementar ou CMOS. A Figura 3a mostra a conexão básica do CMOS. A entrada é conectada a ambas as portas dos transistores MOS tipo P e tipo N. Uma entrada positiva desliga o MOS tipo P, liga o tipo N, com a saída caindo para 0 V. Uma entrada de valor baixo ligará o dispositivo MOS tipo P e desligará o tipo N, com a tensão de saída subindo até +V (^) DD. A Figura 3b mostra um gráfico da relação entre as tensões de entrada e saída. O dispositivo CMOS é usado principalmente em circuitos digitais operando para fornecer saídas de 0 V ou 5 V e requerendo muito pouca potência da fonte. A maior parte dos circuitos integrados de baixa potência é construída com o emprego de chaves CMOS.
Entrada Saída
(a) (b) Figura 3 – Chave CMOS: (a) Conexão de CMOS básica; (b) Relação entrada-saída.
Circuitos Digitais com MOSFET
As mais comuns aplicações de dispositivos MOS são digitais, como por exemplo, portas lógicas e registradores ou conjuntos de memórias. Devido às capacitâncias parasitas localizadas de porta para dreno, porta para fonte e substrato, os circuitos MOSFET são mais lentos que os circuitos bipolares correspondentes. Contudo, a baixa dissipação de potência e a alta densificação na fabricação tornam os dispositivos MOS muito convenientes e econômicos para muitas aplicações em baixa velocidade.
Curva Característica
**1. Monte o circuito da Figura 1.
Figura 1
Tabela I
Amplificador Linear
**4. Monte o circuito da Figura 2.
Figura 2
Porta Lógica Inversora
**9. Monte o circuito da Figura 3.
Regiões de operação do MOSFET
A operação de um MOSFET pode ocorrer em três diferentes regiões, dependendo das
tensões aplicadas sobre seus terminais. Para o transistor NMOS os modos são:
REGIÃO DE CORTE : quando VGS < VT
VGS é a tensão entre a porta (gate) e a fonte (source) e VT é a tensão de threshold (limiar) de condução do dispositivo Nesta região o transístor permanece desligado e não há condução entre o dreno e a fonte.
REGIÃO DE TRIODO (ou região linear ):
Quando VGS > VT e VDS < VGS – VT onde VDS é a tensão entre dreno e fonte. O transistor é ligado, e o canal que é criado permite o fluxo de corrente entre o dreno e fonte. O MOSFET opera como um resistor, controlado pela tensão na porta. A corrente do dreno para a fonte é,
Resistência Linear Se VDS for suficientemente pequeno para desprezar o termo temos uma relação linear entre a corrente e a tensão VDS constituindo-se, portanto em um resistor linear com valor controlado pela tensão na porta V (^) GS.
2 V DS
