a.3. el transistor unipolar - uv
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1
A.3. El transistor unipolar
A.3.1. Introducción• transistor de efecto de campo o FET
=> controlado por tensión
• dos tipos básicos:
- JFET
- MOSFET
A.3.2. Caracterización de los transistores unipolares
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
A.3.2.1. El transistor JFET
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2
hay dos tipos de FET:
canal N y canal P
Funcionamiento:
WTLR cρ=
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- VP: tensión VDS a la que se estrangula del canal
- IDSS: Corriente de drenador de saturación
Para VGS = 0V:
VGS= 0V
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- La tensión VDS a la que se estrangula del canal:
VDsat = Vp − |VGS|
Si aumentamos VGS llegamos a corte
|VGS(OFF)| = Vp
JFET VDS VGS_____________________________________________________________________________________________________
Canal N + -
Canal P - +
Para VGS < 0V:
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A.3.2.1.1. Ecuación de transferencia del JFET
( )
( )22)(
2
)(2)(
2
)(
)(
)(
1
DsatOFFGS
DSS
GSOFFGSOFFGS
DSS
OFFGS
GSDSSD
VV
I
VVV
I
VV
II
⋅=
=−⋅=
=⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−=
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A.3.2.2. 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,
|VGS| ≈ |Vp| − 0,63V
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7
A.3.2.3. El transistor MOSFET de deplexión (DE-MOSFET)
- es de puerta aislada y permite tensiones VGS positivas
- hay de canal N y canal P
- dos modos de funcionamiento: vaciamiento y acumulación
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8
DE-MOSFET VDS VGS Modo de funcionamiento+ AcumulaciónCanal N +− Vaciamiento− AcumulaciónCanal P −+ Vaciamiento
A.3.2.3.1. Ecuación de transferencia del DE-MOSFET2
)(
1 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
thGS
GSDSSD V
VII
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A.3.2.4. El transistor MOSFET de inducción o enriquecimiento (E-MOSFET)
- sólo funciona en modo de acumulación induciendo un canal
CANAL N CANAL P
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E-MOSFET VDS VGS
Canal N + +Canal P − −
A.3.2.4.1. Ecuación de transferencia del E-MOSFET
xnCLWK 0µ=con( ) 22
)( 22 DsatthGSGSD VKVVKI ⋅=−=
VDsat = VGS -VGS(th) para VGS > VGS(th)
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A.3.2.5. Tensiones de ruptura en el JFET
La limitación para VDS es,
|VDS| = |BVDGS| − |VGS(OFF-max)|
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Ruptura por avalancha en el MOSFET
El fabricante nos especifica BVDSS
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A.3.2.6. Capacidades parásitas del transistor de efecto de campo
- hay una capacidad entre cada dos terminales, Cgs, Cdg, Cds
- los fabricantes miden: Ciss, Coss y Crss
Cdg = Crss
Cgs = Ciss− Crss
Cds = Coss− Crss
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A.3.2.7. Precauciones en el manejo del MOSFET -ESD
- el MOSFET tiene una VGS(max) muy baja
- si Cgs se carga estáticamente por encima de VGS(max) se perfora el dieléctrico
A.3.3. Curvas características
- hay tres zonas de funcionamiento:
• corte
• saturación o activa
• óhmica
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A.3.3.1. El JFET
A.3.3.2. El DE-MOSFET
CANAL N
CANAL P
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A.3.3.3. El E-MOSFET
La frontera entre la zona óhmica y la activa es
VDS = VGS − VGS(th)
La resistencia del canal en la zona óhmica vale:
)(1
)(thGSGSD
DETóhmicaMOSF VVKI
VR−
==
Efecto Early:
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A.3.4. Tipos de transistores unipolares
A.3.4.1. El transistor de estructura vertical
- desarrollado para aplicaciones de potencia
• VMOS
• UMOS
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Problema: BJT parásito
Solución: cortocircuito de substrato y surtidor
• DMOS
Celdas MOS
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A.3.4.2. El MESFET
- utilizado en aplicaciones de microondas
A.3.4.3. El UJT
- dispositivo con resistencia negativa y muy utilizado para osciladores
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• la ecuación de transferencia es cuadrática
=> solución analítica más complicada
=> es preferible la solución gráfica
A.3.5. Análisis del funcionamiento en régimen estático
A.3.5.1. Circuitos de polarización del transistor
• mucha tolerancia
=> se necesita estabilizar bien el JFET
2
min)((min) 1
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−=
−OFFGS
GSDSSD V
VII
2
max)((max) 1
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−=
−OFFGS
GSDSSD V
VII
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A.3.5.1.1. Polarización fija
A.3.5.1.2. Polarización estabilizada en surtidor
∆ID = 79%
∆ID = 72%
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22
A.3.5.1.4. Polarización por divisor de tensión
A.3.5.1.3. Polarización realimentando tensión de drenador
∆ID = 31%
No se puede utilizar con el JFET.
DD
DSETlinealMOSFno IKdI
dVR⋅⋅
==− 21
E-MOS
DE-MOS
Rs
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A.3.6.1. 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
A.3.5.1.5. Polarización de surtidor
∆ID = 0%A.3.6. Análisis del funcionamiento en régimen dinámico
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24
A.3.6.1.1. Modelo de parámetros híbridos en π
gmVV
+
−
Cdg
Cgs Cdsr0
rπ
G D
S
DSS
Dmm I
Igg 0=
1
212
D
Dmm I
Igg =
rπ = ∞ Ω
JFET y DE-MOSFET
E-MOSFET
JFET
MOSFET
Variación de la resistencia de salida r0 en el JFET y DE-MOSFET
osos ygr 110 ≈=
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A.3.6.2. El transistor en régimen de gran señal
A.3.6.2.1. 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, VGS, (perforación del dieléctrico) y la de drenador VDS (ruptura por avalancha).