TEMA 7 TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO

Transcripción

1 TEMA 7 TRANITORE E EFECTO CAMPO (uía de Clases) Asignatura: ispositivos Electrónicos I pto. Tecnología Electrónica

2 CONTENIO INTROUCCIÓN JFET: CURVA CARACTERÍTICA ímbolos de los JFET Esquema básico de polarización Curvas características ZONA E FUNCIONAMIENTO Región óhmica Región de contracción Región de saturación Región de corte Región de ruptura EL TRANITOR MO: ETRUCTURA Y TIPO CURVA CARACTERÍTICA ÍMBOLO RÁFICO EL MO EN CONMUTACIÓN INVERORE MO Y CMO

3 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 1 INTROUCCIÓN Transistor de efecto de campo (FET) son dispositivos semiconductores donde el control de la corriente se realiza mediante un campo eléctrico. Tienen las siguientes características: - ispositivo unipolar: un único tipo de portadores de carga - Ocupa menos espacio en un circuito integrado que el bipolar, lo que supone una gran ventaja para aplicaciones de microelectrónica - Tienen una gran impedancia de entrada (del orden de MΩ) Existen dos tipos de transistores de efecto campo: - e unión: JFET o simplemente FET - e puerta aislada: IFET, MO, MOT o MOFET Estructura de los JFET - Barra semiconductora con contactos óhmicos en los extremos - Puerta o elemento de control muy impurificado con portadores distintos a los de la barra - Elementos: Fuente o surtidor (), renador (), Puerta (), y Canal (región situada entre las dos difusiones de puerta - La tensión puerta surtidor (V ) polariza inversamente las uniones La corriente entre renador () y Fuente () se controla mediante el campo creado por la polarización inversa aplicada a la puerta ().

4 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 2 JFET: CURVA CARACTERÍTICA ímbolos de los JFET: Canal N Canal P Esquema básico de polarización: I I I V V V V Para canal P el esquema es idéntico con polaridades invertidas

5 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 3 Curvas características: I = f (V, V ) Para V = 0: V pequeña (<V P ): Canal casi completamente abierto => resistencia pequeña y aproximadamente constante => comportamiento aproximadamente lineal => REIÓN ÓHMICA V cercana a V P : canal se va cerrando por un punto y la resistencia aumenta con la tensión => comportamiento no lineal => REIÓN E CONTRACCIÓN V > V P : La resistencia rds es grande y aproximadamente constante => JFET fuente de corriente => REIÓN E ATURACIÓN V muy elevada: Conducción inversa en las uniones, I se dispara y se produce fácilmente la destrucción del JFET => REIÓN E RUPTURA

6 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 4 ZONA E FUNCIONAMIENTO I ÓHMICA: V < V p - V CONTRACCIÓN: V V p - V ATURACIÓN: V > V p - V V = 0 RUPTURA: V elevada V = V p V CORTE: V > V p Región óhmica Valores pequeños de V V < V p V Resistencia óhmica: r ds = 1 qn..µ n L 2ac Valores usuales de la resistencia: de 100 Ω a 100 KΩ -> r ds > R cesat (transistor bipolar) I = f(v ) -> función lineal Cada V define un valor de resistencia distinto

7 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 5 Región de contracción V V p V Al elevar V, I deja de crecer linealmente -> se entra en la zona de contracción. Cálculo de la tensión de contracción V p N A >> N => w n w >> w p V j = V o V I = (q N w 2 )/(2ε) 2ε w(x) = a b(x) = ( ) qn V V x o. ( ) i b = δ 0 (estrangulamiento) y V o << V(x) entonces: ( p) 2ε a qn V V qn. = p = a. 2ε i V = 0 => I = 0 => V o V(x) = V, independiente de x 2ε a b ( ) qn V a b 2 2ε qn V V b = a V = = V p es la V que provoca estrangulamiento (estrechez máxima) en un punto (para V =0) o la V que corta completamente el canal. p 2

8 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 6 Región de saturación V > V p V La anchura mínima del canal es δ. Al aumentar más la tensión entre drenador y fuente V, δ permanece constante y aumenta L y se entra en la zona de saturación. I = I 1 V V p 2 ; siendo I el valor de la corriente de saturación cuando la puerta está cortocircuitada con la fuente (V = 0 ) Región de corte V V p => I 0 El canal desaparece Región de ruptura Cuando la tensión drenador fuente V es muy grande y entonces la corriente de drenador se eleva mucho y se llega a la destrucción del FET. V BV

9 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 7 EL TRANITOR MO. ETRUCTURA Y TIPO Los transistores de efecto campo de unión JFET estudiados hasta ahora presentan la característica de que con V = 0, I no es nula cuando V 0. Los transistores de efecto campo de puerta aislada (de acumulación) tienen I nula con V = 0, lo cual es interesante para trabajar en conmutación. Estos transistores de efecto campo de puerta aislada se suelen llamar MO (Metal Oxide c) y tienen una impedancia de entrada elevada, del orden de Ω MOFET de acumulación de canal P Tipos: - Canal P -> sustrato N; impurificaciones P - Canal N -> sustrato P; impurificaciones N Construcción de la zona del canal - Muy impurificada o enriquecida (enhacement) en los portadores de carga del sustrato -> MO de enriquecimiento o acumulación - Poco impurificada o empobrecida (depletion) en los portadores de carga del sustrato (enriquecida en los portadores de las impurificaciones de y ) -> MO de empobrecimiento o de deplexión

10 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 8 Curvas de salida: I = f(v, V ) MO de acumulación I Región de no saturación u óhmica: V < V - V TH Región de contracción: V V - V TH Región de saturación: V > V - V TH V Región de corte: V < V TH BV V Tensión de ruptura

11 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 9 CURVA CARACTERÍTICA Es la representación de la corriente de drenador I en función de la tensión entre la puerta y la fuente V I = f(v ) Con V constante se varía V y se observa I, obteniéndose curvas diferentes para cada tipo de transistor: Transistores enriquecidos (enhacement) CANAL N CANAL P I V TH I V V V TH I = K ( V - V TH ) 2 para V > V TH K = 0 3 ma/v 2 Transistores empobrecidos (depletion) CANAL N CANAL P I I V p V I I V -V p I = I (1 - V / V p ) 2

12 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 10 ÍMBOLO RÁFICO Canal N Canal P EMPOBRECIO O E EPLEXIÓN (EPLETION) ENRIQUECIO O E ACUMULACIÓN (ENHACEMENT) Otro tipo de símbolo: EPLEXIÓN ACUMULACIÓN En electrónica digital: ACUMULACIÓN

13 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 11 EL MO EN CONMUTACIÓN e usa el transistor de acumulación. R L ocupa aproximadamente veinte veces más área en un circuito integrado que el transistor. Recta de carga: V = I R L V V R L Vent Vsal I V = V B V > V V > V V > V TH V = V TH V 0 A V Vent Vsalida -> En lógica digital -> Vent Vsalida 0 V punto A 0 1 V 0 punto B 1 0

14 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 12 El circuito anterior es un inversor. ímbolos del inversor: 1 INVERORE MO Y CMO -V Q2 V L = V 2 = V 2 INVEROR CON TRANITOR E CARA CON PUERTA UNIA A RENAOR Vent = V 1 Q1 Vsal = V 1 Q2 actúa como la resistencia de carga y se llama FET de carga. Q2 está siempre en saturación independientemente de Q1 => Q2 tiene siempre el canal formado.

15 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 13 I 2 V 2 = -V Lugar geométrico donde V 2 = V 2 V 2 = -V TH V 2 = V 2 -V TH -V I 1 = I 2 V 1 = -V B A V 1 = -V TH V ON -V V TH -V V 1 = -V - V 2 Curva de carga: I 1 = f(v 1 ) = f(-v V 2 ) Vent Vsalida -> En lógica digital -> Vent Vsalida 0 -V V TH punto A 0 1 -V - V ON punto B 1 0

16 Transistores de efecto campo. uía de clases pg. 14 -V Q2 INVEROR CON MO IFERENTE (ACUMULACIÓN Y EPLEXIÓN) Vent = V 1 Q1 Vsal = V 1 V 2 2 Q2 (PMO) 2 1 INVEROR CMO (MO E IMETRÍA COMPLEMENTARIA) Vent 1 Q1 (NMO) Vsal 1 a) Vent = 0 => Q1 está en corte y Q2 en estado de conducción V 1 < V T y V 2 > V T => Vsal V b) Vent = V => Q1 en estado de conducción y Q2 en corte V 1 > V T y V 2 < V T => Vsal 0