TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET)

Transcripción

1 TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET) 1 METAL OXIDO SEMICONDUCTOR (MOSFET) P G B V GB Al SiO Si Capacitor de Placas Paralelas Q = C V GB

2 0 < V GS < V TH Q movil = 0 D N V TH Tension umbral V DS G V GS S N L P V TH V GS Carga movil en el canal Q movil = C g V GS V TH C g Capacidad de compuerta B C g = ε A d Q movil = C g Q movil = ε WL d = ε W L d V GS V TH V DS V GS V TH V DS

3 I DS I DS = Carga movil en el canal Tiempo de Transito D d N W I DS = Q movil T T V DS V GS G S N L P B T T = L v d v d = μe E = V DS L I DS = με d με d Q movil = ε WL d W L β = με d T T = W L L μv DS V GS V TH V DS V GS V TH V DS V DS Depende de la fabricacion W L

4 I DS = β V GS V TH V DS β V DS Para V DS bajo I DS β V GS V TH V DS El dispositivo entre drenador y fuente se comporta como un resistor cuyo valor es controlado por V GS R DS = V DS I DS = 1 β V GS V TH IDS I DS V GS = V TH 5 V DS D G VGS N P V GS = V TH 4 V GS = V TH 3 V GS = V TH V GS = V TH 1 S N V GS = V TH V DS mv

5 V GS V DS = V TH No hay portadores D N V DS V GS G P B SATURACION I DS = cte. y no depende de V DS I DS = β V GS V TH S N 5

6 SATURACION I DS = ( V GS V TH ) V DS V DS (V GS V DS ) < V TH V DS = (V GS V TH ) I DS = ( V GS V TH ) ( V GS V TH ) ( V GS V TH ) I DS = ( V GS V TH )

7 I DS = β V GS V TH V DS β V DS V DS no puede despreciarse I DS f V DS V DS bajo Zona Ohmica 7

8 ZONAS DE OPERACION Corte V GS < V TH I DS = 0 Ohmica V GS V TH I DS = β V GS V TH V DS β V DS V GS V DS V TH Saturación V GS V TH V GS V DS V TH I DS = β V GS V TH 8

9 MOS FET Canal N Enriquecimiento D N Canal N Enriquecimiento P Los portadores que circulan son electrones Sin tension V GS no hay canal G B V GS 0 V DS 0 D G B S N S Símbolo 9

10 MOS FET Canal P Enriquecimiento D P Canal P Enriquecimiento N Los portadores que circulan son huecos Sin tensión V GS no hay canal G B V GS 0 V DS 0 D P G B S S Símbolo 10

11 MOS FET Canal N Deplexion D N Canal N Deplexion G N P Los portadores que circulan son electrones B Sin tension V GS hay canal V GS 0 V DS 0 D G B S N S Símbolo 11

12 MOS FET Canal P Deplexion D P Canal P Deplexion N Los portadores que circulan son huecos Sin tension V GS hay canal P G B V GS 0 V DS 0 D G B S P S Símbolo 1

13 MOS FET Canal N Enriquecimiento VGS vs VDS N D P G B V GS OHMICO V GS V DS = V TH V GS V DS > V TH S N V GS V DS < V TH SATURACION V TH CORTE V DS Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 13

14 MOS FET Canal N Deplexion D N P VGS vs VDS G N B V GS OHMICO V GS V DS > V TH V GS V DS = V TH S N V GS V DS < V TH SATURACION V DS V TH CORTE Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 15

15 Característica VI MOS de Enriquecimiento Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 16

16 Característica VI MOS de Deplexión Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 17

17 Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 18

18 MOS de Enriquecimiento Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 19

19 MOS de Deplexión Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 0

20 Estructura Física Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 1

21 Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán

22 Imagen de un MOS Materiales y Dispositivos Electrónicos Universidad Nacional de Tucumán 3

23 MOS FET canal N

24 Transistores BIPOLARES NPN PNP UNIÓN CANAL N (JFETN) CANAL P (JFETP) EFECTO DE CAMPO METALOXIDO SEMICONDUCTOR CANAL N (MOSFETN) CANAL P (MOSFETP) ENRIQUECIMIENTO DEPLEXION ENRIQUECIMIENTO DEPLEXION Dr Julius Lilienfield (Alemania) en 196 patentó el concepto de "Field Effect Transistor". Dr Martín Atalla y Dr Dawon Kahng desarrollaron el primer MOSFET en los laboratorios Bell en 1960

25 MOSFET β = ma/v = 1 V V TH = V R 1 = 7 KΩ = 3.3 KΩ Que ecuación uso para calcular I DS 1 Supongo Saturación V GS > V TH y V GS V DS < V TH I DS = β V GS V TH I DS = 5, ma R = 15 KΩ V DS = V DD I DS R L V DS = 5, V V GS V DS = 9,48 V No verifica la desigualdad V GS V DS V TH Dispositivos Electrónicos 6

26 Supongo Óhmico V GS > V TH y V GS V DS > V TH I DS =β*(v GS V TH )*V DS (β/)*v DS Supongo V DS bajo I DS β*(v GS V TH )*V DS Reemplazo V DS = V DD I DS R L I DS =β*(v GS V TH )* (V DD I DS R L ) Resuelvo para I DS I DS = 3,4 ma V DS = 0,78 V Verifico la desigualdad V GS > V TH y V GS V DS > V TH Como paso a Saturación Aumentando V DS Disminuyo R L Dispositivos Electrónicos 7

27 D I DS d N W I DS = β V GS V TH V DS V GS G L L P B β = με d W L β f V DS β = με d W L S N I DS f V DS I DS = β 1 λ V DS V GS V TH Dispositivos Electrónicos 8

28 Modulación del largo del canal I DS = β 1 λ V DS V GS V TH I DS = β V GS V TH Característica I DS vs V DS del MOSFET Dispositivos Electrónicos 9

29 Modulación del largo del canal Dispositivos Electrónicos 30

30 Modelo de Continua del MOSFET en zona de saturación I DS = β 1 λ V DS V GS V TH Dispositivos Electrónicos 31

31 Amplificador con MOSFET Amplificador de Fuente Común Dispositivos Electrónicos 3

32 Modelo de Pequeña Señal del Amplificador de Fuente Común A V = v out v in v out = g m v gs R L v in = v gs A v = g m R L Dispositivos Electrónicos 33

33 Si el MOSFET esta polarizado en SATURACION I DS = β 1 λ V DS V GS V TH g m = di DS dv GS Q r 0 = dv DS di DS Q g m = β 1 λ V DS V GSP V TH Q r 0 = 1 λ I DSP Q En el punto de polarización (Q) V GS = V GSP I DS = I DSP V DS = V DSP Dispositivos Electrónicos 34

34 Ganancia de tensión A V = β 1 λ V DS V GSP V TH R L Resistencia de entrada R i = R G Resistencia de salida R o = R L = 1 V V GSP = V DD R R 1 R = 4,8 V λ = V 1 R 1 = 70 KΩ = 1. KΩ I DSP = β V GSP V TH = 5, ma β = ma/v V TH = V V DSP = V DD I DSP R L = 5,76 V V GSP V DSP = 1,48 < V TH SATURACION R = 150 KΩ A V = β 1 λ V DS V GSP V TH R L = 5,48 R i = R G = 96 KΩ Dispositivos Electrónicos 35

35 Validez del Modelo de Pequeña Señal del MOSFET Considerando λ V DS 1 I d = β V GS v i V TH I d = β V GS V TH V GS V TH v i v i I d = I D β V GS V TH v i v i i d = I d I D i d = β V GS V TH v i v i Dispositivos Electrónicos 36

36 i d = β V GS V TH v i 1 v i V GS V TH Si v i V GS V TH Condición para la validez del modelo de pequeña señal i d = β V GS V TH v i g m = β V GS V TH Dispositivos Electrónicos 37

37 Respuesta en frecuencia del MOSFET Dispositivos Electrónicos 38

38 f T = 1 β V GS V TH π C gs» f T = 1 π β = με d C gs = ε W L W L d f T = 1 π g m C gs 1 T T = μ V DS L f T = 1 π Dispositivos Electrónicos 39 μ L V GS V TH 1 T T