el mosfet de enriquecimiento canal n

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ELECTRICIDAD
EL TRANSISTOR
DE EFECTO DE
CAMPO (FET)
Autor: Ing. Raúl Carrillo
El FET es un dispositivo activo que opera como una fuente de corriente controlada por voltaje. Los más comunes son
los transistores de compuerta aislada
llamados MOSFET y los de compuerta
de unión llamados JFET. Posee cuatro
zonas de operación, óhmica o lineal,
saturación, corte y ruptura.
Desventajas
El Transistor de Efecto de Campo
(Field Efect Transistor) es un dispositivo semiconductor cuyo funcionamiento
se basa en el control de la corriente por
medio de un campo eléctrico. Estos
fueron propuestos inicialmente en su
versión JFET por W. Shockley en 1952.
• De puerta aislada, MOSFET (Metal Oxide - Semiconductor FET).
• De puerta de unión, MESFET o bien,
JFET ( junction FET).
• Alta impedancia de entrada 10 -10 [Ω]
• Ideal como etapa de entrada para
todo amplificador.
• Mejor estabilidad a To que el BJT.
• Niveles de ruido más bajo.
• Tecnología de fabricación más sencilla.
7
-12
Funcionamiento
De acuerdo con el diagrama de la figura 2 a, la compuerta está aislada por
FET
Puerta Aislada
Puerta de Unión
MOSFET
Enriquecimiento
JFET
Empobrecimiento
Canal N Canal P Canal N
D
D
D
G
G
G
S
S
Figura 1. Tipos de FET
G
S
D
G
Sustrato
p
D
D
D
G
S
S
S
S
S
D
D
G
G
G
MESFET
Canal N Canal P
Canal P
D
D
n
n
Ventajas
También recibe el nombre de MOSFET
de Acumulación, Incremental o Acrecentamiento. El símbolo se muestra en
la figura 2 b. Si el sustrato está unido a
la fuente, se simplifica de acuerdo a la
figura 2 c - d.
Tipos de FET
Características Generales
El FET tiene tres terminales: Fuente
(Source), Drenador (Drain) y Compuerta (Gate). Este último es el terminal de control. El voltaje aplicado entre
la compuerta y la fuente controlará la
corriente entre la fuente y el drenador.
Es un dispositivo unipolar, pues, la corriente es transportada por portadores
de una polaridad, será canal N si la
corriente se debe a e¯, o canal P, si la
corriente se debe a h+.
EL MOSFET DE
ENRIQUECIMIENTO
CANAL N
• Respuesta en frecuencia no muy
aceptable, debido a su alta capacidad de entrada.
• No poseen buena linealidad.
• Muy sensibles a descarga s
electrostáticas.
G
G
S
S
S
Sustrato
a
b
c
d
Figura 2. (a) MOSFET canal n. (b) Símbolo. (c) Símbolo, sustrato unido a la fuente. (d) Símbolo abreviado del MOSFET.
ELECTROSECTOR | Septiembre 2016
ELECTRICIDAD
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una película de SiO2 (dióxido de silicio); el transistor se polariza de acuerdo a la figura 3 a.
iD
D
G
+ v
DS
+
vGS
S
a
n
n
p
D
+
vDS
b
Figura 3. Polarización del MOSFET
El análisis se realiza de acuerdo con
la variación del voltaje en la compuerta y el voltaje vDS. Para vGS = 0,
de acuerdo a la figura 4 a se observan dos junturas, sustrato-drenador
y sustrato-fuente, donde la primera
está polarizada inversa debido a vDS,
así iD = 0, por lo tanto se dice que el
transistor está en corte. El MOSFET
permanecerá en corte para valores
de vGS menores al voltaje umbral V T.
vG S = 0
iD
G
S
n
n
D
+
vDS
p
en la compuerta, de acuerdo con la figura 4 b, ésta atrae a los e¯ del sustrato
ubicado entre los terminales D y S , lo
que implica que dichos e¯ se acumulan
en la superficie inferior de la compuerta
(G), formándose un canal conductor tipo
n, produciéndose una corriente iD para
vGS > VT . Al aumentar levemente vDS, la
corriente iD aumenta de acuerdo a (1),
lo cual ocurre mientras vDS < (vGS - VT ).
distintos valores de vGS es posible
obtener distintas curvas iD - vDS, luego
para valores de vGS3 > vGS2 > vGS1 se tendrán las curvas de la figura 6 b.
iD [mA]
iD = k {2 (vGS - VT ) vDS - v2DS } (1)
Esta zona se conoce como zona óhmica o lineal, sin embargo, al aumentar
vDS, el canal se empieza a estrechar
hasta que se produce el estrangulamiento (pinch-off) como se indica en
la figura 4 c. Esto ocurre para valores
de vDS = vGS -VT. Dado que se produce
un aumento de la resistencia del canal,
para un nuevo aumento de vDS, el aumento de iD será pequeño, por lo tanto
el FET se encuentra en saturación y su
comportamiento estará dado por (2).
VT
S
iD = k (vGS - VT )2
iD
G
n - - - - -n-
D
+
vDS
p
b
vGS> VT
+
S
iD
iD
G
n
n
p
D
+
vDS < vGS - VT
v DS > v
GS
- VT
vDS> vGS _ TV
c
Figura 4. (a) vGS = 0. (b) Formación del canal
Ohmica
Saturación v
DS
n. (b) Estrangulamiento del canal.
Figura 5. Zona óhmica y saturación
Si se incrementa vGS, la tensión positiva
La curva iD-vGS se indica en la 6 a. Para
v
GS3
v
GS2
v
GS1
C orte
vDS
[V]
b
(2)
Donde k depende de la estructura física del FET. La curva indicada en la figura 5 muestra el comportamiento de
la ecuación (1) y (2) para un valor vGS
fijo mayor que V T , en función de vDS.
[V]
vGS
iD [mA]
a
vGS> VT
+
a
Región
Saturación
iD
G
S
Región
Óhmica
vGS
+
Figure 6. (a) Curva iD-vGS. (b) Curva iD-vDS del
MOSFET de acumulación.
Características del MOSFET
de enriquecimiento
• No existe IDSS:
• Se utilizan para fabricación de circuitos integrados.
• Requiere una vGS > 0.
• Para canal n, vT > 0 y vGS > 0; para
canal p, VT < 0 y vGS < 0:
Para vGS > vT ) iD = k (vGS - VT )2, donde
k es una constante dependiente del
método de fabricación, su dimensión
es
:
[ mA
]
V2
Septiembre 2016 | ELECTROSECTOR