Transistor de efecto de campo Electrónica I

Características 1. 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 n pp 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 V GS = 0 y V DS > 0 pp G Región de agotamiento D S IDID ISIS V DD V DS + 

Potencial dentro de FET

Nivel de saturación Voltaje de estrechamiento V P (pinch-off) Para V DS >V P en FET tiene características de fuente de corriente con I D = I DSS.

V GS < 0 El nivel de V GS que da como resultado I D = 0 mA se encuentra definido por V GS = V P siendo V P 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 V GS, por tanto es un resistor controlado por voltaje. Donde r o es la resistencia con V GS = 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-p La corriente en la región de ruptura está limitada solo por el circuito externo.

Símbolos FET canal-nFET canal-p

Resumen

Características de transferencia La relación entre I D y V GS está definida por la ecuación de Shockley. 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 I D y V GS.

Aplicaciones de la ecuación de Shockley Para las curvas anteriores podemos obtener: Con V GS = V P I D = 0 Con V GS =  1 V

La relación inversa de la ecuación de Shockley se obtiene con facilidad Para I D = 4.5 mA, I DSS = 8 mA y V P =  4 V, se obtiene

Método manual rápido Tomando V GS = V P /2 se obtiene un valor para I D = I DSS /4 Con I D = I DSS / 2 se obtiene un valor para V GS = V P ( 0.293) Más los puntos V GS = 0, I D = I DSS, y V GS = V P, I D = 0.

Ejemplo Trazar la curva para un FET de canal-p definida por I DSS = 4 mA y V P =  V

Ejemplo Trazar la curva definida por I DSS = 12 mA y V P =  6V

Hojas de especificación

Valores máximos

Área de operación

Trazador de curvas

Comparación con el BJT I D = I DSS (1 – V GS /V P ) 2 I C =  I B I D = I S I E = I C I G = 0V BE = 0.7V

MOSFET de tipo decremental No existe conexión eléctrica entre la compuerta y el canal de MOSFET. Se debe a la capa aislante SiO 2 explica la alta impedancia de entrada.

Operación básica Aplicando 0V entre compuerta y fuente, se obtiene una corriente I DSS 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 incremental El MOSFET de tipo incremental se diferencia del decremental en que no tiene canal entre la fuente y el drenaje, solo tiene sustrato.

Funcionamiento Al 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 V T (threshold)

Voltaje de saturación Si se mantiene V GS constante y se aumenta V DS se llegará a tener un estrechamiento en el canal inducido. El voltaje de saturación está dado por: V DSsat = V GS – V T

Curvas características

Característica corriente voltaje Laq característica corriente voltaje en un MOSFET de tipo incremental esta dada por: I D = k(V GS – V T ) 2 El valor de k depende del fabricante y puede calcularse de: k = I Dencendido / (V GSencendido – V T ) 2 Donde los valores de encendido son dados para un punto particular de las curvas del MOSFET. Para las curvas anteriores si I Dencendido = 10 mA y V GSencendido = 8 V, entonces I D = 0.278(V GS – V T ) 2 Con V GS = 4V, se encuentra I D = 1.11 mA

Características de transferencia

Símbolos

Especificaciones