psi22231 psi 2223 – introdução à eletrônica programação para a terceira prova
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PSI 2223 – Introdução à EletrônicaProgramação para a Terceira Prova
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18ª Aula: A equação da corrente ID em um
MOSFET
Ao final desta aula você deverá estar apto a:
-Contar um pouco da história do transistor de efeito de campo (FET)
-Explicar porque empregamos os nomes “MOSFET canal n” ou “MOSFET canal p”
-Mostrar o princípio de funcionamento do FET tipo MOS
-Explicar o comportamento da corrente de dreno em um gráfico corrente de dreno em função da tensão dreno-fonte
-Identificar as regiões triodo e de saturação, mostrando onde o transistor MOSFET possui uma relação ôhmica entre ID e VDS
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Relembrando:Aplicando um pequeno valor de VDS
(VDS < 100~200 mV)(região triodo com comportamento
resistivo)
N N
P
Vamos adotar comportamento resistivo para VDS < 100mV
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N N
P
A operação com o
Aumento de VDS
(região triodo mas
100mV < VDS ≤ VGS - Vt )
Figura 5.5
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Resumindo a Região Triodo
N N
P
(VDS ≤ 100 mV)100mV < VDS ≤ VGS − Vt
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Canal
≤ 100 mV
100mV ≤ VDS
VGS
0 V VDSv(x)x
y
óxidometal
TOTAL
xDS r
rVVxv )0()(
rx rTOTAL
x
DS
DS
TOTAL
DSD r
VrV
I
Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo com
comportamento resistivo
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VGS
0 V VDS
x
y
óxidometal
x
100mV < VDS ≤ VGS − Vt
dx
dtdx
dxdq
dtdq
iD
toxox
ox
áreaunidox t
C
dxWCC oxWdx
)()()( xvVvdxWCdqCdVdq tGSox
ID??
dxxdv
xEdtdx
nn
)()(
Porta
dx
Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo com comportamento não resistivo
(não linear)
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100mV < VDS ≤ VGS − Vt
dtdx
dxdq
dtdq
iD
tGSox VxvvdxWCdqCdVdq )()(
dxxdv
xEdtdx
nn
)()(
dxxdv
VxvvWCi tGSoxnD
)()(
)()( xdvVxvvWCdxi tGSoxnD
DSV
tGSoxn
L
o D xdvVxvvWCdxi0
)()(
Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo não
linear
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100mV < VDS ≤ VGS − Vt
DSV
tGSoxn
L
o D xdvVxvvWCdxi0
)()(
2
2
1)( DSDStGSoxnD vvVv
LW
Ci
)(1
)(
tGSoxnDS
DStGSoxnD
tGSDS
VvLW
Cr
vVvLW
Ci
VvvSe
kn´
Deduzindo a lei do transistor FET para a região triodo não
linear
Nosso critério de VDS < 100mV na verdade é VDS << VGS – Vt !!!
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VDS > VGS - Vt
ID praticamente constante e igual a ID quando vDS= vGS-Vt
Deduzindo a lei do transistor FET
para a região de saturação
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VDS > VGS - Vt
ID praticamente constante e igual a ID quando vDS= vGS-Vt
2
2
1)( DSDStGSoxnD vvVv
LW
Ci
2)(2
1tGSoxnD Vv
LW
Ci
Deduzindo a lei do transistor FET
para a região de saturação
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Equações de IEquações de IDD=f(V=f(VGSGS, , VVDSDS) de 1) de 1aa Ordem Ordem• Região Triodo: 0<
VDS VGS-Vt
2
VVVV
L
W kI
2DS
DStGSnD
• Região de Saturação: 0< VGS-Vt VDS
2
VV
L
WkI
2tGS
nD
onde oxnox
oxn .Cμx
εμnk
(Parâmetro de Transcondu- tância do processo [A/V2])
Resumindo o NMOSFETNMOSFET
• Região de Corte: VGS Vt ou VGS-Vt
0 ID=0
)(
)(
tGSoxnDS
DStGSoxnD
VvLW
Cr
vVvLW
CI
1
Linear ( se VDS
<< VGS-Vt )Parabólica
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Uma Palavra sobre a Região de CorteVGS > Vt
•Supusemos que quando VGS < Vt o MOSFET está completamentecortado
•No entanto quando VGS levemente menor que Vt um pequena corrente ID flui
•É a chamada região de sub-limiar (sub-threshold), onde no fundo ID guarda uma relação exponencial com VGS
•Essa região de sublimiar encontra um número cada vez maior de aplicações nos dias de hoje pois consome menos potência
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Exemplo 4.1 Considere um processo tecnológico onde Lmin=0,4 m, tox = 8 nm, n=450 cm2/Vs, Vt=0,7V.
(a)Determine Cox e kn´(b)Para um MOSFET com W/L = 8 m/0,8 m, calcule os valores
de VGS e VDSmin necessários para operar o transistor na saturação com uma corrente ID=100 A
(c)Para o dispositivo em (b) determine o valor de VGS onde o transistor opera como um resistor de 1000 parapequenos VDS