Transistor de efecto de campo

Electrónica I

Características1. Su operación depende del flujo de portadores mayoritarios solamente.

2. Es más sencillo de fabricar y ocupa menos espacio en forma integrada.

3. Exhibe una gran resistencia de entrada, típicamente de muchos megaOhms.

4. Es menos ruidosa que el transistor bipolar.

5. No exhibe voltaje offset a corriente de drenaje cero, y por tanto lo hace un excelente recortador de señales.

Construcción

np p

Contactos óhmicos

Drenaje (D)

Fuente (S)

Canal-n

Compuerta (G)

Región de agotamiento

El FET consiste de una región de tipo n la cual tiene es su parte media dos regiones de tipo p. Una terminal de la región n se llama Fuente (Sourse) y la opuesta Drenaje (Drain). Las regiones tipo p están conectadas. La terminar de las regiones p se llama Compuerta (Gate).

n

VGS = 0 y VDS > 0

p p

G

Región de agotamiento

D

S

ID

IS

VDD

VDS

+

Potencial dentro de FET

Nivel de saturaciónVoltaje de estrechamiento VP (pinch-off)

Para VDS>VP en FET tiene características de fuente de corriente con ID = IDSS.

VGS < 0

El nivel de VGS que da como resultado ID = 0 mA se encuentra definido por VGS = VP siendo VP un valor negativo para los dispositivos de canal-n y un voltaje positivo para los FET de canal-p.

Características de FET de canal-n

Resistor controlado por voltaje

La pendiente de las curvas en la región óhmica es función del voltaje VGS, por tanto es un resistor controlado por voltaje.

2/1 PGS

od

VV

rr

Donde ro es la resistencia con VGS = 0.

Dispositivos de canal-p

Los voltajes de las fuentes se invierten para el FET de canal-p.

Las corrientes se definen sentido contrario.

Características del FET canal-pLa corriente en la región de ruptura está limitada solo por el circuito externo.

Símbolos

FET canal-n FET canal-p

Resumen

Características de transferencia

La relación entre ID y VGS está definida por la ecuación de Shockley.

2

1

P

GSDSSD V

VII

Las características de transferencia definidas por esta ecuación no se ven afectadas por la red en la cual se utiliza el dispositivo.

La gráfica muestra que existe una relación parabólica entre ID y VGS.

Aplicaciones de la ecuación de Shockley

VVDSSD GSII 0|

Para las curvas anteriores podemos obtener:

2

1

P

GSDSSD V

VII

Con VGS = VP

ID = 0

Con VGS = 1 V

mAmAII DSSD 5.441

1841

122

La relación inversa de la ecuación de Shockley se obtiene con facilidad

Dss

DPGS I

IVV 1

Para ID = 4.5 mA, IDSS = 8 mA y VP = 4 V, se obtiene

VVGS 185.4

14

Método manual rápidoTomando VGS = VP/2 se obtiene un valor para ID = IDSS/4

Con ID = IDSS / 2 se obtiene un valor para VGS = VP ( 0.293)

Más los puntos VGS = 0, ID = IDSS, y VGS = VP , ID = 0.

EjemploTrazar la curva para un FET de canal-p definida por IDSS = 4 mA y VP = V

EjemploTrazar la curva definida por IDSS = 12 mA y VP = 6V

Hojas de especificación

Valores máximos

Área de operación

Trazador de curvas

Comparación con el BJTID = IDSS(1 – VGS/VP)2 IC = IB

ID = IS IE = IC

IG = 0 VBE = 0.7V

MOSFET de tipo decremental

No existe conexión eléctrica entre la compuerta y el canal de MOSFET.

Se debe a la capa aislante SiO2 explica la alta impedancia de entrada.

Operación básica

Aplicando 0V entre compuerta y fuente, se obtiene una corriente IDSS entre drenaje y fuente.

Características de transferencia

Reducción de portadores libre sen el canal debido al potencial negativo en la terminal de la compuerta.

Si aplicamos un potencial positivo en la compuerta, se atraerán nuevos portadores desde el sustrato lo cual incrementará la corriente (región incremental).

Ejemplo

MOSFET de tipo decremental de canal-p

Las corrientes y voltajes se invierten respecto al de cana-n.

Símbolos

Hojas de datos

MOSFET de tipo incrementalEl MOSFET de tipo incremental se diferencia del decremental en que no tiene canal entre la fuente y el drenaje, solo tiene sustrato.

FuncionamientoAl aplicar un voltaje positivo entre compuerta y drenaje se inducirá carga negativa en la región cercana a la capa de óxido, produciendo un canal de portadores n. El voltaje necesario para producir este canal se llama voltaje umbral VT (threshold)

Voltaje de saturaciónSi se mantiene VGS constante y se aumenta VDS se llegará a tener un estrechamiento en el canal inducido.

El voltaje de saturación está dado por:

VDSsat = VGS – VT

Curvas características

Característica corriente voltajeLaq característica corriente voltaje en un MOSFET de tipo incremental esta dada por:

ID = k(VGS – VT)2

El valor de k depende del fabricante y puede calcularse de:

k = IDencendido / (VGSencendido – VT)2

Donde los valores de encendido son dados para un punto particular de las curvas del MOSFET.

Para las curvas anteriores si IDencendido = 10 mA y VGSencendido = 8 V, entonces

ID = 0.278(VGS – VT)2

Con VGS = 4V, se encuentra ID = 1.11 mA

Características de transferencia

Símbolos

Especificaciones