Electrónica. Transistores de efecto de campo. Introducción a la Electrónica

Transcripción

1 Introducción a la Electrónica Transistores de efecto de campo Introducción a la Electrónica Características La corriente es controlada a travez de un campo eléctrico establecido por el voltaje aplicado en el terminal de control. En los FET la corriente es conducida por un unico tipo de portador (electrones o lagunas). En los 60 s se fabricaron los primeros transistores FET. Los FET son de tamaño muy reducido (mucho menor que los transistores bipolares). El proceso de fabricación es muy sencillo. Su uso esta muy expandido en circuitos integrados. 2

2 Familias de FETs MOSFET de enriquecimiento MOSFET de empobrecimiento JFET: FET de juntura CMOS 3 MOSFET MOSFET canal-n o de enriquecimento SiO2 Dioxido de silicio (aislante) Substrato-source JUNTURA PN Substrato-drain JUNTURA PN Substrato Source Drain 4

3 MOSFET canal N Si Vgs es positivo, las lagunas son repelidas por el campo ubicado en la región del susbstrato que se encuentra debajo del gate dejando una región de depleción En la zona de depleción quedan portadores de carga negativos sin neutralizar. Una región N que conecta el drain y el source es creada. Si se aplica un voltaje entre source-drain, existe un flujo de corriente en el canal N inducido id 5 Operación en la región resistiva El voltaje Vgs minimo que crea un canal para la circulación de corriente se denomina tensión de umbral (threshold voltage) Vt Vgs La tension Vgs controla a través del campo eléctrico la cantidad de carga en el canal inducido Al incrementarse Vgs, mas electrones hay disponibles para la conduccion de corriente 6

4 Conducción en MOSFETs Vgs=0 Vds>0 Junturas PN en inversa: Id=0 Vgs>0 Vds=0 El potencial positivo atrae electrones que se acumulan debajo de la capa de oxido -> Se crea un canal ln 7 Conducción en MOSFETs Si Vgs se sigue aumentando, se produce el proceso de inversión (los portadores n pasan a ser mayoritarios dentro del canal) Vgs>Vt (voltage de umbral) Si Vgs>Vt y Vds se incrementa, la capa de depleción del drain aumenta. Si se continua aumentando Vds, el canal finalmente se corta. Esta tensión se denomina Tension de pinch-off (Vp). La corriente se mantiene constante 8

5 Hacia la region de saturación Incrementando Vds el canal se deforma Pinch-off 9 Conducción en MOSFETs Región triodo: Vgs>Vt Región de saturación 10

6 Corriente de drain La carga en la porción dx del canal es: Capacitor de placas paralelas formado entre el canal y el electrodo de gate Campo eléctrico creado por V(x) Permitividad oxido de silicio Espesor de la capa de oxido de silicio i el campo E produce el desplazamiento de los electrones hacia el drain Considerando que la corriente es constante en todos los puntos del canal 11 Corriente de drain Reordenando los terminos de la ecuación y resolviendo un par de integrales, se obtiene: Región Triodo Región de saturación 12

7 MOSFET de enriquecimiento 13 Ecuaciones Región triodo El FET se comporta una resistencia controlada por tensión 14

8 Ecuaciones Región saturación 15 Modelo equivalente 16

9 CANAL N vs CANAL P 17 MOSFET de empobrecimiento Existe un canal entre el drain y el source. En el caso de un MOSFET canal N, existe un canal de material N entre el drain y el source Puede operar como un MOSFET de enriquecimiento MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO (DEPLETION) 18

10 MOSFET de empobrecimiento 19 Canal N y Canal P Cada curva corta el eje Vgs en el valor de Vt que corresponda 20

11 Polarización de MOSFETS Id=0.4ma, Vd=+1v NMOS con: W= saturación 21 Polarización - 2 Parámetros NMOS Si Id=0.4mA Hallar R, Vd 22

12 Polarización 3 Parámetros: Hallar corrientes y tensiones en el circuito 23 Polarización 4 24

13 Amplificadores Para reducir la distorsión no lineal, la senal de entrada debe ser pequeña 25 Amplificadores 26

14 Amplificadores - Ejemplo Parámetros Hallar -Ganancia de tensión -Impedancia de entrada -Impedancia de salida 27 Configuraciones básicas Source común gate común drain común 28

15 JFET Es un dispositivo formado por un canal de material semiconductor por el cual fluye una corriente. La corriente puede ser controlada por medio de las tensiones Vds y Vgs. El jfet presenta una elevada impedancia de entrada (mayor que el transistor bipolar). 29 JFET Principio de operación Para Vgs=0 y Vds>0, existe circulación de corriente entre drain y source (Id). Si Vgs<0, el canal comienza a reducirse, su resistencia aumenta y la corriente Id disminuye. Para Vds pequeno, el canal es de tamano uniforme. El JFET opera como una resistencia cuyo valor se ajusta variando Vgs 30

16 JFET Principio de operación Si se continua incrementando la tensión Vgs, la capa de depleción se sigue ensanchando. Existe un valor de Vgs donde el canal desaparece. Esta el la tensión Vgs de pinch-off 31 JFET - Principio de operación Vgs <Vp. Si se incrementa Vds, la capa de depleción se ensancha. El canal tiene una forma no-uniforme (embudo). Si se continua aumentando Vds, el canal se corta. La corriente de drain se satura 32

17 JFET Tensión y corriente Las ecuaciones son similares al MOSFET de empobrecimiento 33