TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

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1 Tema 7 TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO 1.- Introducción. 2.- Transistores de unión de efecto de campo (JFET) Estructura Básica Símbolos Principio de funcionamiento Influencia de V DS Influencia de V GS Curvas características Zonas de trabajo. 3.- Transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) MOSFET de Acumulación MOSFET de Deplexión. 1

2 1.- Introducción. Comparativa FET Controlado por tensión Canal n y canal p Unipolar Muy alta impedancia de entrada Del orden de M BJT Controlado por corriente npn y pnp Bipolar Del orden de k Mayor sensibilidad Mayor ganancia Mayor estabilidad d frente a Tª MOSFET más pequeños Similar tamaño a JFET Se pueden conectar como R y C 2 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

3 2.- Transistores de Unión de Efecto de Campo JFET Estructura básica. JFET Junction Field Effect Transistor JFET de canal n D = Drenador: S = Fuente: G = Puerta: Terminal por el que salen los portadores Terminal por el que entran los portadores Controla la corriente de portadores 3 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

4 2.- Transistores de Unión de Efecto de Campo JFET Símbolos. Polarización. V DS positiva V DS negativa V GS negativa V GS positiva I D positiva (entrante) I D negativa (saliente) 4 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

5 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V DS. El canal se estrecha más del lado del Drenador 5 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

6 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V DS. 6 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

7 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V DS. 7 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

8 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V DS. 8 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

9 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V DS. Hipótesis de canal largo L>> L 9 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

10 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V GS. 10 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

11 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V GS. En un JFET de canal n V GS es negativa 11 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

12 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V GS. Con V GS se modula la anchura del canal 12 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

13 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V GS. Cuando V GS = V GSoff se produce la estricción total del canal con independencia de la tensión V DS aplicada. 13 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

14 2.3.- Principio de funcionamiento Influencia de V GS. Para valores de V DS pequeños el dispositivo se comporta como una resistencia i variable con V GS 14 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

15 2.4.- Curva característica. 15 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

16 2.5.- Zonas de trabajo. Zona de corte o de no conducción Para valores de V GS V GSoff El canal está completamente cerrado, por lo que no hay ninguna corriente por el dispositivo 16 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

17 2.5.- Zonas de trabajo. Zona de óhmica o de no saturación Para valores de V DS V DSsat = V GS -V GSoff 17 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

18 2.5.- Zonas de trabajo. Zona de saturación o de corriente constante. Para valores de V DS V DSsat = V GS -V GSoff I D es independiente de la tensión V DS sólo depende de la tensión V GS V ID IDSS 1 V GS GSoff 2 El JFET se comporta como una fuente de corriente controlada por V GS 18 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

19 2.5.- Zonas de trabajo. Zona de ruptura. El JFET rompe cuando en la unión pn hacia la zona del drenador se supera el valor de la tensión inversa máxima (V r ) Rompe cuando V DG VV r V DS = V DG + V GS V V V DS ruptura r GS 19 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

20 3.- Transistor de Efecto de Campo Metal Óxido Semiconductor MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Hay dos grandes tipos de MOSFET: MOSFET de acumulación o de enriquecimiento MOSFET de deplexión o de empobrecimiento 20 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

21 3.1.- MOSFET de acumulación Estructura básica. MOSFET acumulación canal n La puerta está aislada eléctricamente del dispositivo. No hay conexión eléctrica entre la puerta y el sustrato 21 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

22 3.1.- MOSFET de acumulación Símbolos. MOSFET de acumulación canal n MOSFET de acumulación canal p 22 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

23 3.1.- MOSFET de acumulación. Polarización. Canal n Canal p V DS positivo V DS negativo V GS positivo V GS negativo I D positiva (entrante) I D negativa (saliente) 23 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

24 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V GS. Si V GS = 0 al aplicar una tensión V DS no circula ninguna corriente 24 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

25 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V GS. Si V GS >0, aparece un campo eléctrico que lleva a los e - hacia la zona de la puerta y aleja a los h + de dicha zona 25 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

26 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V GS. En la zona de la puerta se acumulan e - formándose un canal entre el drenador y la fuente 26 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

27 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V GS. Este canal será más ancho cuanto mayor sea V GS Cuando V 0 V V DS GS GD El canal es simétrico Con la tensión V GS se modula la anchura del canal 27 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

28 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V GS. No basta con que V GS > 0. Debe superar una tensión umbral V T =V GSoff Una vez formado el canal si aplicamos una tensión V DS aparecerá una corriente ID Para valores de V DS pequeños el dispositivo se comporta como una resistencia variable con V GS 28 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

29 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V DS. V V V DS GS GD Si VDS 0 VGD VGS El canal se estrecha más del lado del Drenador Cuanto mayor sea V DS,V GD será menor y, por lo tanto, el canal más estrecho 29 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

30 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V DS. 30 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

31 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V DS. 31 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

32 3.1.- MOSFET de acumulación Influencia de V DS. V V V DSsat GS T 32 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

33 Curva característica MOSFET de acumulación. 33 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

34 Curva característica MOSFET de acumulación. Zona de corte o de no conducción Para valores de V GS V T El canal no está formado, por lo que no hay ninguna corriente por el dispositivo 34 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

35 Curva característica MOSFET de acumulación. Zona de óhmica o de no saturación Para valores de V DS V DSsat = V GS -V T 35 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

36 Curva característica MOSFET de acumulación. Zona de saturación o de corriente constante. Para valores de V DS V DSsat = V GS -V T I D es independiente de la tensión V DS sólo depende de la tensión V GS V V 2 I K V V D GS T El MOSFET se comporta como una fuente de corriente controlada por V GS 36 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

37 Curva característica MOSFET de acumulación. Zona de ruptura. Los transistores MOSFET pueden romper por dos motivos: Porque se perfora el dieléctrico (V GS > Dato) Porque en la unión pn del lado del Drenador (polarizada en inversa) se supera el valor de la tensión de ruptura para dicha unión. La ruptura se da cuando V DS > V r (independientemente del valor de V GS ) 37 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

38 3.2.- MOSFET de deplexión Estructura básica. MOSFET deplexión canal n Existe un canal realizado en el proceso de fabricación 38 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

39 3.2.- MOSFET de deplexión Símbolos. MOSFET de deplexión canal n MOSFET de deplexión canal p 39 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

40 3.2.- MOSFET de deplexión. Polarización. Canal n Canal p V DS positivo V DS negativo V GS negativo o positivo V GS positivo o negativo I D positiva (entrante) I D negativa (saliente) 40 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

41 3.2.- MOSFET de deplexión. Principio de funcionamiento. Si V GS > 0 Se atraen más e- y se repelen más h+. Es el mismo comportamiento que el MOSFET de acumulación Cuanto mayor sea V GS mayor será la anchura del canal 41 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

42 3.2.- MOSFET de deplexión. Principio de funcionamiento. Si V GS <0 Se repelen los e- de la zona de la puerta y se atraen h+ El canal se estrecha Si seguimos disminuyendo V GS podemos hacer que el canal desaparezca por completo. Esto ocurre cuando se alcanza el valor V GS = V GSoff Con la tensión V GS se modula la anchura del canal 42 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

43 3.2.- MOSFET de deplexión. 43 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

44 APLETTS FETs. p/jase gbu aoedu 44 Tema 7.- Transistores de Efecto de Campo

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