Como Funciona o MOSFET (ART977)

30/08/13 Como funciona o MOSFET (ART977)

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Como funciona o MOSFET (ART977)

Os transistores de efeito de campo no so componentes novos. Na verdade, em teoria foram criados antesmesmo dos transistores comuns bipolares. No entanto, com a possibilidade de se obter este dispositivo na

verso de alta potncia, o MOSFET se tornou um componente extremamente popular que j comea a ser o

preferido em muitas aplicaes. Neste artigo falaremos do MOSFET comum, seu princpio de

funcionamento e algumas aplicaes prtica.

Os transistores de efeito de campo diferentemente dos transistores bipolares comuns so tpicos

amplificadores de tenso e no de corrente. Enquanto a corrente de coletor de um transistor comum funo

da corrente de base, num transistor de efeito de campo, a corrente de dreno funo da tenso de

comporta, conforme indica a figura 1.

O transistor de efeito de campo MOS um tpico amplificador de tenso.

MOSFET a abreviao de Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor ou Transistor de Efeito de

Campo de xido de Metal Semicondutor.

Na figura 2 temos uma estrutura simplificada de um MOSFET.



A estrutura de um MOSFET.

Uma fina pelcula de xido de metal isola a regio de comporta da regio do canal que liga o dreno fonte.

Dependendo da polaridade dos materiais semicondutores usados podemos ter MOSFET de canais N ou P,

conforme mostram os smbolos da figura 3.

Tipos de MOSFET.

O eletrodo ligado ao substrato normalmente nas aplicaes comuns unido ao eletrodo de fonte, se bem que

existam aplicaes que exijam transistores em que este eletrodo seja polarizado de forma independente.

Para usar o transistor de efeito de campo de canal N o circuito bsico o mostrado na figura 4.



Configurao bsica e caracterstica do MOSFET.

Com uma tenso nula de comporta a corrente de dreno tem um valor que depende da tenso de alimentaoat o ponto de saturao.

Para cortar a corrente de dreno a comporta deve ficar negativa em relao a tenso de fonte. Tanto maisnegativa ela fica menor a corrente que pode fluir entre o dreno e a fonte conforme mostra o grfico junto

figura.

Observe que estas curvas so bastante semelhantes as obtidas com vlvulas (principalmente os tipospentodo) e que polarizando o componente na sua regio linear ele se torna um excelente amplificador de

sinais.

TIPOS

Alm dos tipos de comporta nico, os MOSFETs comuns podem ser encontrados nas verses de comporta

dupla com o smbolo mostrado na figura 5.

MOSFETs de comporta dupla.



Como estes componentes podem operar com frequncias bastante altas, os tipos de comporta dupla se

prestam a operao como misturadores de sinais.

Levando-se em conta que os MOSFETS so bastante sensveis as descargas estticas, o manuseio deve ser

feito com muito cuidado no sentido de no se tocar na comporta sob pena de danificar de modo irreversvel

o componente.

O que ocorre que a descarga "fura" a finssima camada de xido que isola a comporta do canal, tornando o

componente imprestvel.

Os tipos comuns so protegidos contra este problema com a incluso na prpria pastilha de diodos deproteo, conforme mostra a figura 6.

MOSFET com diodos de proteo.

A caracterstica de elevadssima impedncia de entrada dos MOSFETs os torna ideais para inmeras

aplicaes que envolvam a amplificao de pequenos sinais de udio at frequncias relativamente elevadas.

As aplicaes que daremos a seguir podem ser elaboradas em funo de tipos comuns como os 40673 daRCA ou ainda 3N187 e equivalentes da srie 3N.

CIRCUITOS PRTICOS

1. AMPLIFICADOR DE BANDA LARGA

O circuito mostrado na figura 7 pode amplificar sinais que vo desde a faixa de udio at 10 MHz.



Amplificador de 50 Hz at 10 MHz.

A faixa muito larga de frequncias de operao e sua impedncia de entrada da ordem de 1 M ? o torna

ideal como etapa de entrada para instrumentos tais como frequencmetros ou mesmo osciloscpio.

A intensidade mxima do sinal de entrada (a partir do qual temos a saturao) da ordem de 100 mVrms.

A amplitude mxima do sinal de sada de 1 Vrms.

O indutor que serve de carga para a sada ajustado para se obter com o trimmer o ganho mximo docircuito na frequncia de 10 MHz, mas dependendo da aplicao estes componentes podem ser alterados.

Observe que uma das comportas tem uma polarizao fixa dada por R2 e R3 de modo a levar o

componente a uma corrente de repouso ideal para a aplicao.

2. SEGUIDOR DE FONTE

Um seguidor de fonte um amplificador que tem um ganho de tenso unitrio, porm uma elevadssima

impedncia de entrada e uma impedncia muito baixa de sada. O circuito da figura 8 mostra uma aplicao

deste tipo que pode ser considerada equivalente ao seguidor de tenso normalmente feito comamplificadores operacionais.



Seguidor de fonte, onde qualquer MOSFET de comporta upla pode ser usado.

Neste caso a amplitude mxima do sinal de entrada antes do qual se obtm a saturao da ordem de 2

volys e a amplitude mxima do sinal de sada da ordem de 1,5 Vrms.

Dentre as aplicaes recomendadas para este circuito podemos citar o casamento de impedncia de fontes

de sinais de udio como, por exemplo, microfones.

3. PROVADOR DE BOBINAS E CAPACITORES

O circuito da figura 9 uma ponte que serve tanto para medida de capacitncias como indutncias e faz uso

de um transistor de efeito de campo MOS de canal duplo alimentado por uma tenso de 9 V.

Provador de bobinas e capacitores.

O princpio de funcionamento simples: aplica-se o sinal de um gerador de sinais na entrada (a frequncia vai

depender da ordem de grandeza da indutncia ou da capacitncia medida - normalmente ela estar entre 20

Hz e 20 kHz para medidas de capacitncia entre 50 nF e 50 000 F e indutncias entre 5 mH e 6000 Hz



com os valores de capacitncia e indutncia de referncia usados.

O procedimento para uso na medida de capacitncia o seguinte:

a) Capacitncia

* Ligue o gerador de sinais na entrada do circuito: quanto menor o capacitor mais elevada deve ser a

frequncia usada.

* Ligue o capacitor aos terminais de prova.

* Coloque a chave S1 na posio C.

* Acione a alimentao e o gerador.

* V ajustando a frequncia do gerador at obter uma deflexo do ponteiro indicador em determinado

instante. Ajuste a sensibilidade caso no seja possvel detectar esta deflexo ou tente nova faixa de

frequncias.

* Leia a frequncia no gerador e calcule a capacitncia pela frmula:

C = 1/(0,0395 x f x f)

Esta frmula vlida para o caso de L1 ser de 1 mH.

b) Capacitncia

* Ligue o gerador de sinais na entrada. Observe que maior indutncia significa a escolha inicial de frequnciasmais baixas.

* Ligue o indutor nos terminais de prova.

* Coloque a chave S1 na posio L.

* Ligue a alimentao e o gerador de sinais.

* V ajustando a frequncia at obter uma deflexo do ponteiro do instrumento indicador. Se isso no

ocorrer ajuste a sensibilidade e/ou mude a faixa de frequncias.

* Anote a frequncia em que o salto da agulha ocorrer e aplique a frmula seguinte para calcular a indutncia:

L = 1/(0,39 x f x f)

(os valores so para um capacitor C2 de 10 nF e a indutncia obtido em microhenry).



4. ELETROSCPIO

O circuito mostrado na figura 10 de um simples eletroscpio eletrnico que pode ser usado com vantagemnas aulas de fsica substituindo o tradicional eletroscpio de folhas de ouro.

Eletroscpio sensvel.

O circuito alimentado por uma bateria de 9 V e o eletrodo sensor pode ser uma pequena argola de fio

descascado ou ainda uma esfera de metal.

Para testar atrite um pente ou caneta num pedao de tecido e aproxime-o do sensor. A agulha do

instrumento indicador deve oscilar fortemente.

CONCLUSO

Os circuitos que vimos so apenas exemplos de aplicao dos transistores de efeito de campo MOS de

comporta dupla de baixa potncia.

Existem muitas possibilidades de uso para este componente com caractersticas excepcionais.

Lembramos que existem diversos circuitos integrados de amplificadores operacionais que incorporam nas

suas etapas de entrada estes transistores e que, portanto podem ser utilizados em circuitos equivalentes.

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