11/04/2016

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EE 530 Eletrônica Básica l

Física dos Transistores de Efeito de Campo (FET)

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Amplificadores com o TBJ • Resumo

Cmv RgA

iA

rRin

Cout RR

Cmv RgA

iA

m

ing

R1

Cout RR

m

E

Ev

gR

RA

1

1iA

)1( Ein RrR

m

Eoutg

RR1

//

AV ≤ 1 Ai :elevado Rin: muito alta Rout: muito baixa

AV:elevado Ai :elevado Rin: média Rout: alta

AV:elevado Ai < 1 Rin: baixa Rout: alta

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Princípio de Funcionamento

• Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Capacitor

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Estrutura e Símbolo (NMOS)

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Estado da Arte

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Análise Qualitativa • A medida que VG aumenta, a carga positiva da porta repele as

lacunas, formando uma região de depleção.

• Se VG aumentar mais, a carga positiva da porta atrai os elétrons, formando um canal condutor (MOSFET ligado).

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IG=0

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Análise Qualitativa • O canal formado entre a fonte e o dreno funciona como uma

resistência controlada por tensão (VG), para VDS pequeno. Quanto maior VG, mais elétrons livres no canal e menor a resistência.

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Análise Qualitativa • EXEMPLO: Atenuador controlado por tensão

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Análise Qualitativa • EXEMPLO: Atenuador controlado por tensão

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Análise Qualitativa • Características IxV:

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Tensão limiar

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Análise Qualitativa • Características IxV:

Análise Qualitativa • Efeito comprimento do canal (L)

• Efeito da espessura do isolante (tox)

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Análise Qualitativa • Efeito da largura do transistor (W)

– Quanto maior W, maior ID, e maior a capacitância da porta (limitante da velocidade).

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Equivalente em paralelo.

Análise Qualitativa

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VGS=VG>VTH VGD=VG-VD>VTH

VGD>VTH

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Análise Qualitativa

VG-VD>VTH, ID varia com VDS

(TRIODO)

VG-VD=VTH

VG-VD<VTH, ID não varia com VDS

(SATURAÇÃO) O e- atinge a região de depleção e

é varrido para o dreno

O comprimento (L) do canal varia com VDS

Análise Qualitativa

Regiões de operação

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Características IxV

• Densidade de Carga

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)(THGSox

VVWCQ

Cox: capacitância por unidade de área Q: densidade de carga (C/unidade de comprimento)

Características IxV

• Perfil de densidade de carga

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THGSox

VxVVWCxQ )()(

OBS: Quanto maior V(x), menor o perfil de Q. V(0)=0; V(L)=VD, se o canal não estiver estrangulado.

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Características IxV • Corrente de dreno

vQI

2

2

00

00

)(22

1

2

)(

)(

)()(

DSDSTHGSoxnD

DSDSTHGSoxnD

VV

THGSoxnD

V

nTHGSox

L

D

nTHGSoxD

n

n

VVVVL

WCI

VVVV

L

WCI

dVxVdVVVWCLI

dVVxVVWCdxI

dx

xdVVxVVWCI

dx

dVv

Ev

DSDS

DS

THGSox

VxVVWCxQ )()(

µ: mobilidade dos portadores [cm2/(V·s)]

Entregar para nota.

Características IxV • Corrente de dreno

– A partir de VDS=VGS-VTH, a relação parabólica não vale, pois o transistor entra na saturação

2)(22

1DSDSTHGSoxnD VVVV

L

WCI

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Características IxV • Resistência Linear

– Para baixos valores de VDS (<<2(VGS-VTH)):

– Para pequenos valores de VDS, o FET pode ser visto como um resistor controlado por tensão (VGS)

Linearização em torno de zero

THGSoxn

on

VVL

WC

R

1

VGS<VTH→Ron=

Transistor como chave

2)(22

1DSDSTHGSoxnD VVVV

L

WCI

Exemplo • Circuito chaveador para antena de celular

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Ron deve ter o menor valor possível.

THGSoxn

on

VVL

WC

R

1

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Regiões de operação

2)(22

1DSDSTHGSoxnD VVVV

L

WCI

2)(2

1THGSoxnD VV

L

WCI

Relação Quadrática

Regiões de operação

• Calcule ID e VD, se VG aumentar de 10 mV, qual o novo valor de VD?

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Entregar para nota

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