Teoria de MOSFET

Transistores a Efecto de Campo
Prof. Gustavo Sánchez
Noviembre, 2004
Abstract
Es un resumen sobre FET (Field Effect Transistor) basado en los textos de
Boylestad y Malik
INTRODUCCIÓN.
Los FETs son dispositivos de estado sólido en los cuales un campo eléctrico controla
el flujo de portadores en un canal de conducción. Al igual que los bipolares, los FETs
pueden funcionar como fuentes dependientes de corriente (amplificadores, electrónica
analógica) o como interruptores controlados (electrónica digital).
Sin embargo, los FETs suelen dar lugar a circuitos más sencillos debido a que
ocupan menos espacio que los BJT. Por otra parte su resistencia de entrada es infinita.
Una desventaja de los FETs con respecto a los bipolares es su menor ganancia de
amplificación.
A diferencia de los BJT, los FETs son unipolares debido a que utilizan un solo
tipo de carga para transportar la corriente. Otra diferencia es que los FETs son
controlados por voltaje.
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TIPOS DE FET
MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO DE CANAL N
La fuente S y el drenador D son regiones fuertemente dopadas difundidas en un
sustrato B (Body) de tipo p. Una compuerta conductora G (Gate) se aisla del silicio
mediante una fina capa de SiO2 Durante el funcionamiento ”normal activo” una
tensión positiva es aplicada entre la fuente y el sustrato, lo cual produce una atracción
de los conductores de la fuente y el drenador creando un canal de conducción entre
ellos. Este enriquecimiento de carga negativa ( en este caso ) le da su nombre al
dispositivo.
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En la mayoría de las aplicaciones el sustrato B es conectado direstamente a la
fuente o al punto de voltaje más negativo (para canal n), para asegurar que las
uniones renador-sustrato y fuente-sustrato se mantengan polarizadas en inversa.
Si se polariza la unión compuerta-fuente G-S de forma que
0 < VGS < VT
la carga positiva de la compuerta repele los huecos creando una región de deplexión
desde la fuente hasta el drenador.
Para
VGS > VT
la compuerta atrae más electrones al canal creado, aumentando su conductividad: el
material p se convierte localmente en tipo n!
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MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO DE CANAL N
Este tipo de dispositivo se caracteriza por la presencia de un fino canal de impurezas
de tipo n entre la fuente y el drenador, depositado durante su fabricación. Debido
a esto, ya existe un canal para VGS = 0 . Los valores VGS > 0 incrementan la
conductividad del canal. Los valores negativos provocan su deplexión. Si hacemos
VGS suficientemente negativo el canal deja de existir ! En este caso la tensión de
umbral VT es negativa !
Las ecuaciones de estado y los modelos son idénticos que en el caso del MOSFET
de Enriquecimiento.
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Funcionamiento para MOSFET canal n
Estado Ecuación
Corte
VGS < VT
IDS = 0
Activo
VGS > VT
VDG > −VT
Ohmico
VGS > VT
VDG < −VT
IDS = k2 [VGS − VT ]2
2
IDS = k2 [2(VGS − VT )VDS − VDS
]
MOSFET DE CANAL P
En los MOSFET de canal p se intercambian los materiales n y p con respecto a
los de canal n. En consecuencia, la dirección de la corriente y las polaridades de las
tensiones se ven invertidas. Por ejemplo, para que exista un canal, en un MOSFET de
enriquecimiento canal p, la tensión de compuerta debe ser lo suficientemente negativa.
Funcionamiento para MOSFET canal p
Estado Ecuación
Corte
VGS > VT
IDS = 0
Activo
VGS < VT
VDG < −VT
Ohmico
VGS < VT
VDG > −VT
IDS = k2 [VGS − VT ]2
2
IDS = k2 [2(VGS − VT )VDS − VDS
]
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