Regiones de operación del NMOS FET Los transistores JFET yMOSFET tienen una estructura física muy diferente pero susecuaciones analíticas son muy similares. Por ello, en los transistores MOS se definen las mismas regiones de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. ruptura . En la figura 1.16 se muestran las l ascurvas curvas de características eléctricas de un transistor NMOS con las diferentesregiones diferentesregiones de operación que son descritas brevemente a continuación
Región de corte Se verifica que VGS
Región lineal El transistor se comporta como un elemento resistivo no lineal controlado por portensión tensión.. Verifica las siguientes ecuaciones:
siendo
un parámetro característico del MOS que depende de la tecnología a través de la constante k y del tamaño de la puerta del transistor (W la anchura y L lalongitud).
MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta aislada Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P. Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio (SiO 2) (también llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE) (ver la figura) En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain) En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain)
En los transistores bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los transistores FET, la corriente de salida es controlada por una tensión de
entrada (un campo eléctrico). En este caso no existe corriente de entrada. Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática.
TRANSITORES FET
FET: Transistor de efecto de campo, curva característica, resistencia del canalEl FET es un dispositivo semiconductor que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente. El FET está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos regiones con impurezas tipo P llamadas compuerta (gate) y que están unidas entre
si. Ver la figura Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (drain), Fuente (source) y el tercer terminal es lacompuerta (gate) que ya se conoce. La región que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje (D) Fuente (S). Ver el gráfico.
FET de juntura o JFET (canal N) Electrónica Unicrom
Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. El terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de fuente (Vdd) y la compuerta o gate se
polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg). A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -Vgg para la que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente para cada FET El transistor de juntura bipolar es un dispositivo operado por corriente y requieren que halla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente de colector. El FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta (gate) a fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el ancho del canal La curva característica del FET
Curva característica del FET para Vgs constante -
Electrónica Unicrom
Este gráfico muestra que al aumentar el voltaje Vds (voltaje drenador - fuente), para un Vgs (voltaje de compuerta) fijo, la corriente aumenta rápidamente (se comporta como unaresistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de estricción), desde donde la corriente se mantiene casi constante hasta llegar a un punto B (entra en la región de disrupción o ruptura), desde donde la corriente aumenta rápidamente hasta que el transistor se destruye. Si ahora se repite este gráfico para más de un voltaje de compuerta a surtidor (Vgs), se obtiene un conjunto de gráficos. Ver que Vgs es "0" voltios o es una tensión de valor negativo.
Curvas
características del FET para varios valores de Vgs Electrónica Unicrom
Si Vds se hace cero por el transistor no circulará ninguna corriente. (ver gráficos a la derecha) Para saber cual es el valor de la corriente se utiliza la fórmula de la curva característica de transferencia del FET. Ver gráfico de la curva característica de transferencia de un transistor FET de canal tipo P en el gráfico inferior. La fórmula es: ID = IDSS (1 - [Vgs / Vgs (off)] )
Curva característica de transferencia del FET -
Electrónica Unicrom
donde: - IDSS es el valor de corriente cuando la Vgs = 0 - Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de corriente entre drenaje y fuente (ID = 0) - Vgs es el voltaje entre entre la compuerta y la fuente para la que se desea saber ID Resistencia del canal RDS
Como Vgs es el voltaje que controla el paso de la corriente ID (regula el ancho del canal), se puede comparar este comportamiento como un resistor cuyo valor depende del voltaje VDS. Esto es sólo válido para Vds menor que el voltaje de estricción (ver punto A en el gráfico). Entonces si se tiene la curva característica de un FET, se puede encontrar La resistencia RDS con la siguiente fórmula: RDS = VDS / ID
Los símbolos del FET son:
FET de canal N Electrónica Unicrom
FET de canal P Electrónica Unicrom
Referencias
1- Amplificadores con FET (transistor efecto de campo) - Amplificador surtidor comun 2- Amplificador seguidor de cátodo Amplificadores con FET (transistor efecto de campo)
TRANSISTORES MOSFET =---=
MOSFET significa "FET de Metal Oxido Semiconductor" o FET de compuerta
aislada Es un tipo especial de transistor FET que tiene una versión NPN y otra PNP. El NPN es llamado MOSFET de canal N y el PNP es llamado MOSFET de canal P. Una delgada capa de material aislante formada de dióxido de silicio (SiO2) (también llamada "sílice" o "sílica") es colocada del lado del semiconductor y una capa de metal es colocada del lado de la compuerta (GATE) En el MOSFET de canal N la parte "N" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain) En el MOSFET de canal P la parte "P" está conectado a la fuente (source) y al drenaje (drain) En los transistores bipolares la corriente que circula por el colector es controlada por la corriente que circula por la base. Sin embargo en el caso de los
transistores FET, la corriente de salida es controlada por una tensión de entrada (un campo eléctrico). En este caso no existe corriente de entrada. Los transistores MOSFET se pueden dañar con facilidad y hay que manipularlos con cuidado. Debido a que la capa de óxido es muy delgada, se puede destruir con facilidad si hay alta tensión o hay electricidad estática.
MOSFET de canal N, construcción y símbolo - Electrónica Unicrom
MOSFET de canal P, construcción y símbolo - Electrónica Unicrom
En la figura 1.15 se describe la estructura física de un MOSFET de canal N con sus cuatro terminales: puerta, drenador fuente y substrato; normalmente el sustrato se encuentra conectado a la fuente.
Estructura física de un
transistor NMOS - Electrónica Unicrom
La puerta, cuya dimensión es W·L, está separado del substrato por un dieléctrico (Si02) formando una estructura similar a las placas de un condensador. Al aplicar una tensión positiva en la puerta se induce cargas negativas (capa de inversión) en la superficie del substrato y se crea un camino de conducción entre los terminales drenador y fuente. La tensión mínima para crear ese capa de inversión se denomina tensión umbral o tensión de threshold (VT) y es un parámetro característico del transistor. Si la VGS
Regiones de operación del NMOS FET
Los transistores JFET y MOSFET tienen una estructura física muy diferente pero sus ecuaciones analíticas son muy similares. Por ello, en los transistores MOS se
definen las mismas regiones de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. En la figura 1.16 se muestran las curvas de características eléctricas de un transistor NMOS con las diferentes regiones de operación que son descritas brevemente a continuación
Región de corte
Se verifica que VGS
Región lineal
El transistor se comporta como un elemento resistivo no lineal controlado por tensión. Verifica las siguientes ecuaciones:
Ecuación para la región lineal de un MOSFET Electrónica Unicrom
siendo
un parámetro característico del MOS que depende de la tecnología a través de la constante k y del tamaño de la puerta del transistor (W la anchura y L la longitud).
Curvas características de un NMOS - Electrónica Unicrom
Región de saturación de un MOSFET de canal N (NMOS)
El transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión VGS. Verifica las siguientes ecuaciones
Formula del transistor NMOS en región de
saturación Electrónica Unicrom
siendo ß el parámetro descrito en la ecuación 1.24. Ver: MOSFET en regiones de corte y lineal
En esta región, la relación cuadrática entre VGS e ID (Ver: MOSFET en regiones de corte y lineal ), y de una manera similar a los transistores JFET, puede ser utilizada para determinar por métodos gráficos el punto de polarización de los transistores aunque rara vez se recurre a ellos.
Región de ruptura de un MOSFET de canal N (NMOS)
Un transistor MOS puede verse afectado por fenómenos de avalancha en los
terminales drenador y fuente, y roturas en la capa de óxido fino de la puerta que pueden dañar irreversiblemente al dispositivo.
Convenio de signos en las tensiones y corrientes de un transistor NMOS y PMOS - Electrónica Unicrom
Por último, señalar que en la tabla 1.3 se indican las diferencias en el signo y sentido de las corrientes y tensiones existentes entre transistores NMOS y PMOS. Aplicaciones
La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores pMOS y nMOS complementarios. Véase Tecnología CMOS Las aplicaciones de MOSFET discretos más comunes son:
Resistencia controlada por tensión. Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc).
Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
Ventajas
La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados, p-mos, n-mos y c-mos, debido a varias ventajas sobre los transistores bipolares:
Consumo en modo estático muy bajo. Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra).
Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño.
Funcionamiento por tensión. Un circuito realizado con MOSFET no necesita resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva.
