A.3. El transistor unipolar

Transcripción

1 A.3. El transistor unipolar A.3.1. ntroducción transistor de efecto de campo o FET dos tipos básicos: -JFET => controlado por tensión - MOSFET A.3.2. Caracterización de los transistores unipolares A El transistor JFET tiene tres terminales: surtidor: inyecta portadores en el canal puerta: controla la corriente que circula por el canal del transistor drenador: recoge los portadores del canal del transistor 1

2 hay dos tipos de FET: canal N y canal P Funcionamiento: R = ρc L WT 2

3 Para V GS = 0V: -V P : tensión V DS a la que se estrangula del canal } V GS=0V - DSS : Corriente de drenador de saturación 3

4 Para V GS < 0V: - La tensión V DS a la que se estrangula del canal: V Dsat = V p V GS Si aumentamos V GS llegamos a corte V GS(OFF) = V p JFET V DS V GS Canal N + - Canal P - + 4

5 A Ecuación de transferencia del JFET = = D = ( V ( V DSS DSS GS ( OFF ) DSS GS ( OFF ) 1 ) ) 2 2 V V GS GS ( OFF ) ( V V ) GS ( OFF ) ( V ) 2 Dsat 2 = GS 2 = 5

6 A Efectos de la temperatura en el transistor JFET Un incremento de temperatura provoca una disminución de la anchura de la zona de agotamiento lo que aumenta el grosor del canal La movilidad de los portadores mayoritarios se reduce con la temperatura Ambos efectos de compensan para, V GS V p 0,63V 6

7 A El transistor MOSFET de deplexión MOSFET) (DE- - es de puerta aislada y permite tensiones V GS positivas - hay de canal N y canal P - dos modos de funcionamiento: vaciamiento y acumulación 7

8 DE-MOSFET V DS V GS Modo de funcionamiento + Acumulación Canal N + Vaciamiento Canal P Acumulación + Vaciamiento A Ecuación de transferencia del DE-MOSFET D 1 V = GS DSS VGS ( th) 2 8

9 A El transistor MOSFET de inducción o enriquecimiento (E-MOSFET) - sólo funciona en modo de acumulación induciendo un canal CANAL N CANAL P 9

10 V Dsat = V GS -V GS (th) para V GS > V GS (th) E-MOSFET V DS V GS Canal N + + Canal P A Ecuación de transferencia del E-MOSFET D = K 2 2 K 2 ( V V ) = V GS GS ( th) 2 Dsat con W L K = µ C n 0x 10

11 A Tensiones de ruptura en el JFET La limitación para V DS es, V DS = BV DGS V GS(OFF-max) 11

12 Ruptura por avalancha en el MOSFET El fabricante nos especifica BV DSS 12

13 A Capacidades parásitas del transistor de efecto de campo - hay una capacidad entre cada dos terminales, C gs, C dg, C ds - los fabricantes miden: C iss, C oss y C rss C dg = C rss C gs = C iss C rss C ds = C oss C rss 13

14 A Precauciones en el manejo del MOSFET - ESD - el MOSFET tiene una V GS(max) muy baja -si C gs se carga estáticamente por encima de V GS(max) se perfora el dieléctrico A.3.3. Curvas características - hay tres zonas de funcionamiento: corte saturación o activa óhmica 14

15 A El JFET A El DE-MOSFET CANAL N CANAL P 15

16 A El E-MOSFET La frontera entre la zona óhmica y la activa es V DS = V GS V GS(th) La resistencia del canal en la zona óhmica vale: R óhmicamosfet = V D D = K( V GS 1 V GS (th) ) Efecto Early: 16

17 A.3.4. Tipos de transistores unipolares A El transistor de estructura vertical - desarrollado para aplicaciones de potencia VMOS UMOS 17

18 DMOS Celdas MOS Problema: BJT parásito Solución: cortocircuito de substrato y surtidor 18

19 A El MESFET - utilizado en aplicaciones de microondas A El UJT - dispositivo con resistencia negativa y muy utilizado para osciladores 19

20 A.3.5. Análisis del funcionamiento en régimen estático la ecuación de transferencia es cuadrática => solución analítica más complicada => es preferible la solución gráfica A Circuitos de polarización del transistor D D = GS DSS (min) 1 VGS ( OFF min) V = GS DSS (max) 1 VGS ( OFF max) V 2 2 mucha tolerancia => se necesita estabilizar bien el JFET 20

21 A Polarización fija D = 79% A Polarización estabilizada en surtidor D = 72% 21

22 A Polarización realimentando tensión de drenador No se puede utilizar con el JFET. DE-MOS R no linealmosfet = dv d DS D = 1 2 K D E-MOS A Polarización por divisor de tensión R s D = 31% 22

23 A Polarización de surtidor D = 0% A.3.6. Análisis del funcionamiento en régimen dinámico A El transistor en régimen de pequeña señal - mismos modelos que el BJT - hay que recalcular los parámetros - los fabricantes prefieren el modelo de parámetros Y 23

24 A Modelo de parámetros híbridos en π C dg G D + V r π C gs g m V r 0 C ds JFET y DE-MOSFET S g m = g m0 D DSS E-MOSFET g = g m2 m1 D2 D1 JFET r π = Ω MOSFET Variación de la resistencia de salida r 0 en el JFET y DE- MOSFET r 1 0 = 1 g os y os 24

25 A El transistor en régimen de gran señal A El transistor en régimen de conmutación El E-MOSFET es el más utilizado como interruptor y su funcionamiento es casi ideal solamente hay que controlar la tensión de puerta, V GS, (perforación del dieléctrico) y la de drenador V DS (ruptura por avalancha). 25