descripción del funcionamiento de un transistor FET

1. Transistor de efecto de campo
Electrónica I

2. Características
1. Su operación depende del flujo de portadores mayoritarios
solamente.
2. Es más sencillo de fabricar y ocupa menos espacio en forma
integrada.
3. Exhibe una gran resistencia de entrada, típicamente de
muchos megaOhms.
4. Es menos ruidosa que el transistor bipolar.
5. No exhibe voltaje offset a corriente de drenaje cero, y por
tanto lo hace un excelente recortador de señales.

3. Construcción
n
p p
Contactos óhmicos
Drenaje (D)
Fuente (S)
Canal-n
Compuerta (G)
Región de
agotamiento
El FET consiste de una región de tipo n la cual tiene es su parte media dos
regiones de tipo p. Una terminal de la región n se llama Fuente (Sourse) y la
opuesta Drenaje (Drain). Las regiones tipo p están conectadas. La terminar de
las regiones p se llama Compuerta (Gate).

4. n
VGS = 0 y VDS > 0
p p
G
Región de
agotamiento
D
S
ID
IS
VDD
VDS
+
-

5. Potencial dentro de FET

6. Nivel de saturación
Voltaje de estrechamiento VP (pinch-off)
Para VDS>VP en FET tiene características de
fuente de corriente con ID = IDSS.

7. VGS < 0
El nivel de VGS que da como
resultado ID = 0 mA se
encuentra definido por VGS
= VP siendo VP un valor
negativo para los
dispositivos de canal-n y un
voltaje positivo para los
FET de canal-p.

8. Características de FET de canal-n

9. Resistor controlado por voltaje
La pendiente de las curvas en la región óhmica es función del
voltaje VGS, por tanto es un resistor controlado por voltaje.
 2
/
1 P
GS
o
d
V
V
r
r
-

Donde ro es la resistencia con VGS = 0.

10. Dispositivos de canal-p
Los voltajes de las fuentes
se invierten para el FET de
canal-p.
Las corrientes se definen
sentido contrario.

11. Características del FET canal-p
La corriente en la región de ruptura está limitada solo por el
circuito externo.

12. Símbolos
FET canal-n FET canal-p

13. Resumen

14. Características de transferencia
La relación entre ID y VGS está definida por la ecuación de
Shockley.
2
1 







-

P
GS
DSS
D
V
V
I
I
Las características de transferencia definidas por esta ecuación no
se ven afectadas por la red en la cual se utiliza el dispositivo.

15. La gráfica muestra que existe una relación parabólica entre ID y
VGS.

16. Aplicaciones de la ecuación de
Shockley
V
V
DSS
D GS
I
I 0
| 

Para las curvas anteriores podemos obtener:
2
1 







-

P
GS
DSS
D
V
V
I
I
Con VGS = VP
ID = 0
Con VGS = -1 V
mA
mA
I
I DSS
D 5
.
4
4
1
1
8
4
1
1
2
2







-







-
-
-


17. La relación inversa de la ecuación de Shockley se obtiene con
facilidad








-

Dss
D
P
GS
I
I
V
V 1
Para ID = 4.5 mA, IDSS = 8 mA y VP = -4 V, se obtiene
V
VGS 1
8
5
.
4
1
4 -









-
-


18. Método manual rápido
Tomando VGS = VP/2 se obtiene un valor para ID = IDSS/4
Con ID = IDSS / 2 se obtiene un valor para VGS = VP ( 0.293)
Más los puntos VGS = 0, ID = IDSS, y VGS = VP , ID = 0.

19. Ejemplo
Trazar la curva para un FET de canal-p definida por IDSS = 4 mA y
VP = 3V

20. Ejemplo
Trazar la curva definida por IDSS = 12 mA y VP = -6V

21. Hojas de especificación

22. Valores máximos

23. Área de operación

24. Trazador de curvas

25. Comparación con el BJT
ID = IDSS(1 – VGS/VP)2 IC = bIB
ID = IS IE = IC
IG = 0 VBE = 0.7V

26. MOSFET de tipo decremental
No existe conexión
eléctrica entre la
compuerta y el canal de
MOSFET.
Se debe a la capa
aislante SiO2 explica la
alta impedancia de
entrada.

27. Operación básica
Aplicando 0V entre
compuerta y fuente, se
obtiene una corriente IDSS
entre drenaje y fuente.

28. Características de transferencia

29. Reducción de portadores libre sen el canal debido al potencial
negativo en la terminal de la compuerta.
Si aplicamos un potencial positivo en la compuerta, se atraerán
nuevos portadores desde el sustrato lo cual incrementará la
corriente (región incremental).

30. Ejemplo

31. MOSFET de tipo decremental de
canal-p
Las corrientes y voltajes se invierten respecto al de cana-n.

32. Símbolos

33. Hojas de datos

36. MOSFET de tipo incremental
El MOSFET de tipo incremental se diferencia del decremental en
que no tiene canal entre la fuente y el drenaje, solo tiene sustrato.

37. Funcionamiento
Al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y drenaje se
inducirá carga negativa en la región cercana a la capa de óxido,
produciendo un canal de portadores n. El voltaje necesario para
producir este canal se llama voltaje umbral VT (threshold)

38. Voltaje de saturación
Si se mantiene VGS constante y se aumenta VDS se llegará a tener
un estrechamiento en el canal inducido.
El voltaje de saturación está
dado por:
VDSsat = VGS – VT

39. Curvas características

40. Característica corriente voltaje
Laq característica corriente voltaje en un MOSFET de tipo
incremental esta dada por:
ID = k(VGS – VT)2
El valor de k depende del fabricante y puede calcularse de:
k = IDencendido / (VGSencendido – VT)2
Donde los valores de encendido son dados para un punto particular
de las curvas del MOSFET.
Para las curvas anteriores si IDencendido = 10 mA y VGSencendido = 8 V,
entonces
ID = 0.278(VGS – VT)2
Con VGS = 4V, se encuentra ID = 1.11 mA

41. Características de transferencia

42. Símbolos

43. Especificaciones