TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO JFET
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TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Transistores de efecto de campo de juntura JFET - MESFET Transistores de Efecto de Campo de Compuerta Aislada IGFET o MOSFET TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO Dispositivos unipolares y simétricos canal N canal P El campo eléctrico generado por la tensión aplicada al terminal de puerta controla la corriente drenaje - fuente iD D + v DS G + vGS S - - La diferencia entre drenaje y fuente está determinada por el sentido de circulación de corriente (el drenaje es el terminal por donde ingresa la corriente) Funcionamiento asimilable al de una fuente de corriente controlada por tensión Drenaje y fuente se distinguen por el sentido de circulación de corriente La tensión puerta-fuente (vGS) modula el ancho del canal y controla la conducción entre drenaje y fuente El terminal de control (puerta) no maneja corriente salvo pequeñas corrientes de fuga (IG ≈ 0) JFET G transistor de efecto de campo de juntura Opera con la juntura puerta-canal polarizada inversamente. D w 2b(x) 2a S vGS controla conducción puerta P + G drenaje-fuente NJFET V P< 0 2a canal N JFET canal N JFET canal N ⇒vGS ≤ 0 ten s del ión de ca n al o contra c de pin ción ch off Si v G S > VP ⇒ i D =0 Si vG S < VP i D = f (vGS ,vDS ) > 0 P D N N-JFET G G S VP < 0 N Zona deplección con VGS grande IG=0 D Flujo electrones S iD iD IDSS v GS v GS = 0 v GS = - 0,5 V v GS = - 1 V v DS v GS = - 1,5 V v GS = - 4 V VP < vG S <0 DS NJFET TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑAS v G S < VP ⇒ iD =0 v zona de corte zona resistiva u óhmica zona de estrangulación o saturación del canal zona resistiva u óhmica VP < vGS <0 2 vG S v D S v D S − i D= I D S S 2 1 − VP -VP VP NJFET vDS ≤ vGS −VP > 0 i Si v D S << vG S − VP iD ≈ 2 I DSS vG S v D S 1 − VP -VP D(O N ) = vGS r δ vD S = δ iD 1 VP I D-1S S 2 vG S 1 − V P D(O N ) r i DD vDS −1 TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑA zona de estrangulación o saturación del canal o de corriente constante iD NJFET v GS = 0 v DS ≥ vG S − VP > 0 VP < vG S < 0 iD = I D S S vG S 1 − V P (1 + λ v ) ≈ 1 DS 2 (1 + λ v ) v GS v GS = - 1,5 V v GS = - 4 V vG S 1 − VP v DS 2 2I D S S δ iD =− gm = VP δ vG S r DS P GS = - 1 V λ ≤ 0, 05 / V iD ≅ IDS S V v DS iD IDSS v GS = - 0,5 V δ vD S = δ iD = VG S cte . vG S 1 − V P 1 + λ vD S iD λ zona de estrangulación o saturación del canal o de corriente constante iD v GS = 0 V P < v G S < 0 v DS ≥ v G S − V P > 0 v GS = - 0,5 V 2 vG S iD = I DS S 1 − ( 1 + λ vDS ) V P iD IDSS i D ≅ ID S S v V P vGS 1 − V P GS 2 v GS = - 1 V (1 + λ v D S ) ≈ 1 λ ≤ 0, 05 / V v r DS δ iD gm = δ vGS 2I v gm = − D SS 1 − GS VP VP v GS = - 1,5 V r δ vD S = δ iD DS = VGS cte. 1 + λ vD S iD λ GS = - 4 V v DS VDD Recta de carga R iD = I DQ = I D S S + vi VGG + vo - V DD − v DS R VG SQ 1 − V P VDD/ R ID = IDSS VG S Q 1 − VP 2 VDD VGSQ = VGG 2 NJFET VP < vG S <0 v DS ≤ vG S Lími resis te conti n tiva y zo uo entre na d zona −VP > 0 e del c satu ració anal . n VP < vG S <0 v DS ≥ vG S −VP > 0 iD Si v D S = vG S −VP ⇒ iD = CCoorre rreggiriren enaappunt unete ID SS VP2 v D2 S vDS Tensiones de ruptura Máxima tensión que se puede aplicar entre dos terminales. tensión que provoca ruptura por avalancha en la juntura T E JFET canal P ⇒ VP ≥ 0 F J P Puerta polarizada inversamente ⇒ D P-JFET G vGS ≥ 0 D G S VP > 0 S P Si v GS > VP ⇒ i D = 0 Si 0 < vGS < VP i D = f (vGS ,vDS ) < 0 N-JFET D D G G S corte D G vG S > V P S VPN < 0 Si VPN < vGSN < 0 S iD iD ≅ I DSS Si 0 < vGSP < VPP r D ( ON ) 2 IDS S vG S gm = 1 − VP VP v DS ≥ vG S − VP vGS 1 − V P VPP > 0 v v iD ≈ 2 I D S S 1 − G S D S VP VP v D S << vG S − VP 2 v V P GS D G iD = 0 conducción P-JFET r DS = 1 + λ vD S iD λ S MESFET transistor de efecto de campo de juntura metal-semiconductor D G S n+ n ArGa n+ Electrones con alta movilidad Canal: semiconductor compuesto (ArGa) Puerta: metal Interfase puerta canal: unión Schottky Dispositivos de alta velocidad Funcionamiento similar a JFET Conduce con vGS=0 VT entre –3V y –0,3V Transistores de Efecto de Campo de Compuerta Aislada IGFET o MOSFET empobrecimiento normalmente en conducción enriquecimiento normalmente abiertos MOS de enriquecimiento NMOS MOSFET empobrecimiento Canal preformado Normalmente en conducción NMOS G D S n n Sustrato p canal enriquecimient o Campo eléctrico fuente empobrecimien to vista superior puerta drenaje canal MOSFET enriquecimiento NMOS ⇒ VT > 0 NMOS Normalmente Normalmente cortado cortado PMOS ⇒ VT < 0 PMOS enriquecimiento NMOS ⇒ VT > 0 vGS < VT ⇒ iD = 0 PMOS ⇒ VT < 0 vGS>VT ⇒ iD=f(vGS,vDS) zon a re NMOS ⇒ VT > 0 vGS > VT enriquecimiento sist iva vDS < vGS - VT u óh mic a 1 2 W i D = 2µ N Cox ( vGS - VT ) vDS − vDS 2 L 1 2 iD = 2 K ( vGS - VT ) v DS − v DS 2 iD vGS v DS << vGS - VT ⇒ vDS i D ≅ 2 K ( vGS - VT ) v DS δ v DS rON = δ iD =[2K (v GS − VT )] −1 VG S cte. TENSION DRENAJE-FUENTE PEQUEÑAS zona de estrangulación o saturación del canal o de corriente constante enriquecimiento vGS>VT vDS >vGS–VT i D = K (vGS − VT )2 (1+λvDS ) iD IDQ Q vGS VT r DS δ vD S = δ iD = VG S cte . 1 + λ vD S iD λ δ iD gm = δ vG S VGSQ = 2 K ( vG S − VT ) Q Q O M N S Si vGS > VT n ó i c c u d n co si vDS > vGS – VT si vDS < vGS – VT [ i D = 2K (vGS -VT ) vDS ] depende de la geometría i D ≅ K (vGS − VT ) 2 K = µNCox depende de la tecnología W L MOSFET empobrecimiento NMOS iD i D ≅ K (vGS − VT ) 2 v GS PMOS V P Dependencia de la Temperatura movilidad de portadores 1, 5 TR µ (T ) = µ (TR ) ⇒ iD ↓ 0,7 % º C T iD → disminuye Si ∆ i D = gm ∆vGS deriva nula VP disminuye si aumenta T VP varía ≈ -2,2 mV iD → aumenta Compensación de efectos ºC Limitaciones de potencia Potencia = iD v DS ≤ PMAX Tensiones de Ruptura JFET: tensión pico inverso juntura BVDSO BVGSO = BVGDO (30 a 50V) MOSFET: tensión de ruptura del aislante BVGSO = BVGDO (100V o más) JFET (20 a 40V) MOSFET (≥30) Datos fabricante JFET IDSS ,VP PMÄX BVGSO, BVDSO MOSFET VT , K (iD@vGS) PMÄX BVGSO, BVDSO
