Introduccin a la Electrnica Transistores de efecto de

Introducción a la Electrónica Transistores de efecto de campo 12/08/2008 Introducción a la Electrónica 2008

Características l l l 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 tamano muy reducido (mucho menor que los transistores bipolares). El proceso de fabricación es muy sencillo. Su uso esta muy expandido en circuitos integrados. Introducción a la Electrónica 2008

Familias de FETs l l MOSFET de enriquecimiento MOSFET de empobrecimiento JFET: FET de juntura CMOS Introducción a la Electrónica 2008

MOSFET canal-N o de enriquecimento Si. O 2 – Dioxido de silicio (aislante) Substrato-source – JUNTURA PN Substrato-drain – JUNTURA PN Substrato Source Introducción a la Electrónica 2008 Drain

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 Introducción a la Electrónica 2008

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 travez del campo eléctrico la cantidad de carga en el canal inducido Al incrementarse Vgs, mas electrones hay disponibles para la conduccion de corriente Introducción a la Electrónica 2008

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 N Introducción a la Electrónica 2008

Conducción en MOSFETs Si Vgs se sigue aumentando, se produce el proceso de inversión. 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 pinched-off (Vp). La corriente se mantiene constante Introducción a la Electrónica 2008

Tensión de pinched-off Introducción a la Electrónica 2008

l Región triodo: Vgs>Vt Introducción a la Electrónica 2008 Región de saturación Conducción en MOSFETs

Region de saturación Introducción a la Electrónica 2008

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 el campo E produce el desplazamiento de los electrones hacia el drain Considerando que la corriente es constante en todos los puntos del canal Introducción a la Electrónica 2008

Corriente de drain Reordenando los terminos de la ecuación y resolviendo un par de integrales, se obtiene: Región Triodo Región de saturación Introducción a la Electrónica 2008

MOSFET de enriquecimiento Introducción a la Electrónica 2008

Ecuaciones – Región triodo El FET se comporta una resistencia controlada por tensión Introducción a la Electrónica 2008

Ecuaciones – Región saturación Introducción a la Electrónica 2008

Modelo equivalente Introducción a la Electrónica 2008

CANAL N vs CANAL P Introducción a la Electrónica 2008

MOSFET de empobrecimiento l l l 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) Introducción a la Electrónica 2008

MOSFET de empobrecimiento Introducción a la Electrónica 2008

Canal N y Canal P Introducción a la Electrónica 2008

Polarización de MOSFETS Id=0. 4 ma, Vd=+1 v NMOS con: W= saturación Introducción a la Electrónica 2008

Polarización - 2 Parámetros NMOS Si Id=0. 4 m. A Hallar R, Vd Introducción a la Electrónica 2008

Polarización 3 Parámetros: Hallar corrientes y tensiones en el circuito Introducción a la Electrónica 2008

Polarización 4 Introducción a la Electrónica 2008

Amplificadores Para reducir la distorsión no lineal, la senal de entrada debe ser pequeña Introducción a la Electrónica 2008

Amplificadores Introducción a la Electrónica 2008

Amplificadores - Ejemplo Parámetros Hallar -Ganancia de tensión -Impedancia de entrada -Impedancia de salida Introducción a la Electrónica 2008

Configuraciones básicas Source común gate común drain común Introducción a la Electrónica 2008

JFET l l l 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). Introducción a la Electrónica 2008

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 Introducción a la Electrónica 2008

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 pinched-off Introducción a la Electrónica 2008

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 Introducción a la Electrónica 2008

JFET – Tensión y corriente l Las ecuaciones son similares al MOSFET de empobrecimiento Introducción a la Electrónica 2008