Transistor (Apostila)

Transistor (Apostila)

(Parte 1 de 6)

Slide 1 Transistores de Efeito de Campo (npn)

dispositivo de 3 terminais corrente e- de canal da fonte para dreno controlada pelo campo elétrico gerado pelo porta impedância de entrada extremamente alta para base corrente e- de emissor para coletor controlada pela corrente injetada na base

6.071 Transistores de Efeito de Campo 1

Há muitos tipos de transistores além do transistor de junção bipolar (BJT) que discutimos até agora. Uma importante classe de transistores de 3 terminais são os dispositivos de efeito de campo. Para estes, o parâmetro de controle é o campo elétrico através da junção, em oposição à corrente do BJT. Já que um campo elétrico está associado a uma tensão, a vantagem importante dos dispositivos de efeito de campo é que não precisa haver uma corrente no elemento de controle (a porta). Isso resulta em uma impedância de entrada bastante elevada, e uma corrente de fuga bastante baixa.

Os mais fáceis de entender são os transistores de efeito de campo de junção (JFETs), que iremos discutir primeiro e com um certo detalhe. Os FETs semicondutores de óxido de metal (MOSFETs) são muito importantes para implementações de lógica digital.

dreno fonte porta coletor emissor base FET BJE

Tipos de FETs

Além do tipo portador (canal N ou P), existem diferenças em como o elemento de controle é construído (Junção vs Isolado), e esses dispositivos devem ser usados de formas diferentes npn FETs de junção de modo de depleção (JFET) pnp npn

FET de semicondutor de óxido de metal (MOSFET) pnp - modo de depleção/ crescimento

(FETs e IGFETs de porta isolado são a mesma coisa que MOSFETs)

6.071 Transistores de Efeito de Campo 2

Assim como ocorre com os BJTs, há sempre dois tipos de transistores, npn e pnp. A diferença está no portador majoritário (elétrons ou lacunas).

Já que os FETs são controlados por variações no campo elétrico através da junção, é possível construir um capacitor no elemento de controle a, dessa forma, reduzir ainda mais a corrente de fuga. O óxido de metal de um MOSFET forma o capacitor na entrada do elemento de controle (a porta).

Operação FET básica Nº 1 O exemplo mais simples de um JFET começa com Si dopado por N.

Nesse nível, o dispositivo é simplesmente um resistor. Portanto, a corrente flui através do canal em proporção à tensão do dreno/fonte.

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Começaremos descrevendo a operação e controle de um JFET. A ação básica de um JFET pode ser compreendida considerando-se um canal de condução.

Comece com silício dopado por n e adicione dois terminais em cada extremidade. O dispositivo agora é um resistor, cuja resistência é fornecida pelo nível de dopagem.

Os três terminais do JFET são denominados fonte, dreno e porta. A fonte é análoga ao emissor do BJT. A fonte é a fonte dos portadores majoritários. Portanto, em um material de tipo n, os portadores são elétrons, e a fonte é, assim, a fonte de elétrons.

O dreno é análogo ao coletor do BJT e, portanto, a corrente dos portadores majoritários flui a partir da fonte para o dreno. Mais uma vez, em materiais do tipo n, os portadores são elétrons e a corrente convencional flui na direção oposta.

fonte dreno

Operação FET básica Nº 2 Adicione uma estrutura de porta para formar um canal.

As duas regiões da porta são, na verdade, conectadas para definir um canal para a corrente do portador.

O controle da corrente do FET (resistência) é atingido mudando-se o tamanho das zonas de depleção que circundam as portas.

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As portas são duas regiões de um material do tipo p que são dispostas para criar um canal para condução da fonte para o dreno. As duas regiões de porta são, quase sempre, conectadas para que o usuário veja apenas a conexão da porta.

Observe que o dispositivo acima é um JFET npn, já que a fonte é do tipo n, a porta é do tipo p e o dreno é do tipo n. Não olhe para baixo a partir da porta, canal e porta e chame-o de junção pnp.

porta fonte porta dreno

Operação FET básica Nº 3

Ao redor de cada porta há uma zona de depleção, como em qualquer junção PN.

A zona de depleção reduz o tamanho efetivo do canal dopado por N e, dessa forma aumenta a resistência aparente do canal. Modulando-se o dreno para potencial de porta, o campo elétrico na zona de depleção entre a porta e o dreno varia e, conseqüentemente, o tamanho da zona de depleção varia.

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Assim como ocorre com todas as junções PN, há uma zona de depleção ao redor da porta. Essa zona de depleção obviamente reduz a área transversal do canal do tipo n que está disponível para condução elétrica.

A ação do JFET é regida variando-se a porta para potencial de dreno e, dessa forma, modificando-se o tamanho da zona de depleção.

zona de depleção dreno zona de depleção fonte porta porta

Slide 6 Operação FET básica Nº 4

Aqui, a tensão de dreno para fonte, VDS, é igual à tensão dreno para porta. À medida que VDS aumenta, as zonas de depleção se movem juntas; e a resistência de fonte aumenta.

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Um exemplo simples é conectar à terra a tensão do porta para a fonte, de forma que a tensão do dreno para a porta seja igual à tensão do dreno para a fonte. À medida que a tensão do dreno para a porta aumenta, a zona de depleção aumenta e, dessa forma, a condução do canal diminui.

Para pequenas tensões, a resistência aumenta com a tensão, e isso é descrito como a região ôhmica.

Acima da tensão obstruída o canal é saturado, e a resistência se torna constante. A tensão obstruída pode ser descrita como a tensão na qual as zonas de depleção das duas portas se encontram.

zona de depleção

Operação FET básica Nº 5

Defina uma resistência aparente através do FET, a resistência de canal RC.

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Iremos caracterizar o dispositivo pela resistência efetiva da junção. Agora, obviamente, a medida típica para caracterizar um transistor é medir a corrente de dreno como uma função da tensão dreno-fonte para um conjunto de correntes (ou tensões) aplicadas à porta.

Lembre-se de que é exatamente assim que executamos os testes com o BJT.

Depois que medirmos a corrente de dreno como uma função da tensão dreno-fonte, temos as informações para calcular uma resistência C efetiva para esse ponto de operação.

Slide 8 Resistência de Canal de FET

· À medida que VDS aumenta, a zona de depleção cresce, e a resistência efetiva diminui lentamente.

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