Universitat Politècnica de Catalunya Departament d Enginyeria Electrònica. Tema 2 TRANSISTORS MOSFET

Transcripción

1 Universitat Politècnica de Catalunya Departament d Enginyeria Electrònica Tema 2 TRANSISTORS MOSFET

2 Conceptes bàsics MOSFET en continua Introducció Bibliografia: Principios de Electrónica. Alvert Paul Malvino. Ed. McGraw-Hill. Capítol 7. Circuitos y dispositivos electrónicos. Fundamentos de electrónica. Lluís Prat. Edicions UPC. Capítol 7. 2

3 Definició: El transistor d efecte o transistor MOSFET és un dispositiu electrònic que consta de 4 terminals: GATE o porta (G), DRAIN o drenador (D), SOURCE o surtidor (S) i el terminal de BULK o substrat (B). Introducció El transistor MOSFET va èsser creat a 1959 per M. M. (John) Atalla i Dawon Kahng als laboratoris Bell. 3

4 Introducció TRANSISTOR MOSFET RCA 16-transistor MOS integrated circuit held in front of enlarged image 4

5 Microprocesador Pentium 1993 Introducció 3,1 milions de transistors. Tecnologia utilitzada 0,31 µm. Àrea del dispositiu. 293,92 mm 2 (16.7 x 17.6 mm) Tensió d alimentació: 5. Potència màxima consumida: 14,6 W (I MAX =2,92 A) 5

6 Introducció TRANSISTOR MOSFET Tamany dels transistors MOSFET 6

7 Introducció TRANSISTOR MOSFET Llei de Moore (Moore s law) 7

8 Introducció TRANSISTOR MOSFET Transistor MOSFET enriquiment canal N 8

9 Transistor MOSFET enriquiment canal N. Formació del canal. Introducció Si la tensió GS és 0, no es forma el canal. A mesura que es va aplicant una tensió GS positiva es va formant el canal, ja que els electrons (e - ) es veuen atrets cap al terminal de porta i els forats (h + ) es veuen repel lits del mateix terminal. 9

10 Introducció TRANSISTOR MOSFET Transistor MOSFET enriquiment canal P. 10

11 Transistor MOSFET enriquiment canal P. Formació del canal. Si la tensió GS és 0, no es forma el canal. Introducció A mesura que es va aplicant una tensió GS negativa es va formant el canal, ja que els forats (h + ) es veuen atrets cap al terminal de porta i els electrons (e - ) es veuen repel lits del mateix terminal. 11

12 Transistor MOSFET empobriment Transistor MOSFET empobriment canal N. Transistor MOSFET empobriment canal P. DRAIN (D) DRAIN (D) Introducció S GATE (G) G SOURCE (S) BULK (B) N+ N+ D S GATE (G) G SOURCE (S) BULK (B) P+ P+ D P N B B 12

13 MOSFET en continua TRANSISTOR MOSFET Característica I/ BJT 13

14 Regions de funcionament MOSFET en continua GS th TALL MOSFET canal N. DS GS - TH ÓHMICA GS > th DS > GS - TH SATURACIÓ TH : threshold voltage o tensió llindar del transistor MOSFET. 14

15 Regions de funcionament MOSFET en continua SG th TALL MOSFET canal P. SD SG - th ÓHMICA SG > th SD > SG - th SATURACIÓ TH : threshold voltage o tensió llindar del transistor MOSFET. 15

16 Equacions del MOSFET. Canal N. MOSFET en continua TALL GS ÓHMICA GS > th th DS GS th SATURACIÓ GS > th > DS GS th ID = 0A 2 W I = µ C 1 + λ L 2 DS ( ) ( ) D n ox GS th DS DS I = 1 µ C W 1 + λ 2 L 2 ( ) ( ) D n ox GS th DS 16

17 Equacions del MOSFET. Canal P. MOSFET en continua TALL SG ÓHMICA SG > th th SD SG th SATURACIÓ SG > th > SD SG th ID = 0A 2 W I = µ C 1 + λ L 2 SD ( ) ( ) D n ox SG th SD SD I = 1 µ C W 1 + λ 2 L 2 ( ) ( ) D n ox SG th SD 17

18 Exercici 1 Donat el següent transistor: S =4, G =2, D =1, th =-0,8, λ=0, K P =100 μa/ 2, W=10 μm, L=2 μm. El terminal de Bulk i el de Surtidor están curtcircuitats. Calcular el corrent de drenador. SD SG = 4 1= 3 = 4 2= 2 3 > 2 0,8 Saturació KP W ID = SG th 1 + SD = 2 0,8 6 2 L I = 360µ A D ( ) ( λ ) ( ) 18

19 Exercici 2 Donat el següent circuit: th =-2, λ=0, K P =8 μa/ 2, L=10 μm. Calcular l amplada del canal i la resistència R per que la corrente de drenador sigui de 0,1 ma i una tensió en el drenador de 2. SD SG = 5 2= 3 = 5 2= 3 3> 3 2 Saturació K 2 P W ID = ( SG th ) 1 ( + λ SD ) = 2 L W ( 3 2 ) 0,1 10 = = R D 2 3 IR = = = = 0,1 10 A R R R W = 250µ m R= 20kΩ A R 5 19

20 Anàlisi de circuits amb MOSFET canal N. MOSFET en continua Suposar que el transistor MOSFET es troba en la seva regió de saturació. 1.- Calcular la tensió GS. Si la tensió GS és inferior a la tensió th, el transistor es troba a la regió de tall. Sino, es procedeix amb l anàlisi del circuit. 2.- Calcular el corrent de drenador. 3.- Calcular la tensió DS del transistor MOSFET. Comprobar que es compleix la condició DS > GS - th. Si no es compleix, refer l anàlisi però suposant que el transistor es troba en la regió óhmica. 20

21 Anàlisi de circuits amb MOSFET canal P. MOSFET en continua Suposar que el transistor MOSFET es troba en la seva regió de saturació. 1.- Calcular la tensió SG. Si la tensió SG és inferior a la tensió th, el transistor es troba a la regió de tall. Sino, es procedeix amb l anàlisi del circuit. 2.- Calcular el corrent de drenador. 3.- Calcular la tensió SD del transistor MOSFET. Comprobar que es compleix la condició SD > SG - th. Si no es compleix, refer l anàlisi però suposant que el transistor es troba en la regió óhmica. 21