tema 1-transistor-fet

Tema 1: Principios Básicos de Semiconductores 1

PPPRRRIIINNNCCCIIIPPPIIIOOOSSS BBBAAASSSIIICCCOOOSSS DDDEEE SSSEEEMMMIIICCCOOONNNDDDUUUCCCTTTOOORRREEESSS 1.8. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO FET (TRANSISTOR EFECTO DE CAMPO) 1.8.1. INTRODUCCIÓN

o FET: o Dispositivo:

Unipolar. Controlado por tensión.

1.8.2. TIPOS DE FET

o JFET: Transistor de efecto de campo de unión. o MOSFET: Transistor efecto de campo metal-óxido-semiconductor.

o Terminales:

Fuente o Surtidor (S). Drenaje o Drenador (D). Puerta (G).

o Analogías FET-BJT:

“S” → “E”. “G” → “B”. “D” → “C”.

¡ Ojo, la polarización no es la misma!

1.8.2.1. JFET

o Teniendo en cuenta el dopado de la barra de silicio:

JFET de canal n (nJFET).

JFET de canal p (pJFET).

- S, D : tipo p. pJFET - G : tipo n.

Adoración Hermoso Fernández


- S, D : tipo n. nJFET - G : tipo p.

o Simbología :

S

D

G G

D

S nJFET pJFET

Curvas características nJFET:

Vp (VGS2 < VGS)

Vp o VSS: tensión de estrangulamiento → ISS: corriente de estrangulamiento.

SATURACIÓN: ID deja de crecer y se hace constante a IDSS (estrangulamiento). ID solo depende de VGS. El transistor se comporta como una fuente de corriente dependiente de VGS. REGIÓN LINEAL (ÓHMICA): IDS crece proporcionalmente a VDS para la misma VGS. El transistor es una resistencia variable dependiente de VGS. CORTE: No existe corriente de drenador (IDS = 0).

pFET voltajes y corrientes de signo contrario



FFUUNNCCIIOONNAAMMIIEENNTTOO nnJJFFEETT

G D

SVDS

+

+GSV

+DSV

VGS+

G

D

S

P P

IDS

Canal N

Zonas de deflexión

VGS = 0

o Se crea zona de deplexión (ausente de carga). o VDS directa.

o VDS ↑ → zona de deplexión ↑.

o VDS < Vp → nJFET = pequeña resistencia → CONDUCCIÓN.

o VDS = Vp → las dos zonas de deplexión se unen o dejan de crecer (ID = IDSS) →

SATURACIÓN.

VDS fija, variando VGS

o VGS más negativa (diodo G-S: inversamente) → zona de deplexión ↑ → estrechamiento del canal en las proximidades de “S” → resistencia del canal aumenta → ID ↓.

o VGS menos negativa → zona de deplexión ↓ → ensanchamiento del canal →

resistencia del canal ↓ → ID ↑.

¡ Polarización inversa al BJT ¡

ppJJFFEETT

o Se invierten polaridades de VDS y VGS. o En curvas VGS es positiva.

`



1.8.2.2. MOSFET

o No se forma unión semiconductora entre canal y puerta. o Puerta separada del canal mediante una capa de SiO2 (metal-óxido-

semiconductor). o El óxido es aislante → IG prácticamente nula, mucho menor que en los JFET.

→ los MOS se emplean para tratar señales de muy baja potencia. o Existe un cuarto terminal llamado sustrato (B). o Prestaciones similares a las del JFET. o Existen dos tipos de Mosfet:

Empobrecimiento. Enriquecimiento.

o En ambos tipos Mosfet: canal p y canal n.

1.8.2.2.1. MOSFET DE EMPOBRECIMIENTO

o Sin tensión en la puerta (G) existe canal de conducción.

FFUUNNCCIIOONNAAMMIIEENNTTOO nnMMOOSS

+DSV

VGS+

G

D

S

P

IDS

Canal N

SiO2

B

VGS = 0

o IDS circula libremente.

VGS negativa (polarizacion inversa)

o IBG actúa como barrera e IDS = 0. o VGS más negativa → IBG ↑ → IDS↓.

VGS positiva (polarizacion directa)

o Camino libre para poder circular IDS.



o Simbología:

S

D

BG G

B

D

S nMOS pMOS

1.8.2.2.2. MOSFET DE ENRIQUECIMIENTO

o Para existencia de canal de conducción hay que aplicar tensión en la puerta. o nMOS: sustrato (B) “tipo p” en el que se han difundido dos regiones (D, S) “tipo

n”. nMOS

G DS

B

Sustrato P

n n

o pMOS: sustrato (B) “tipo n” en el que se han difundido dos regiones (D, S) “tipo p”.



FFUUNNCCIIOONNAAMMIIEENNTTOO nnMMOOSS

+

DSVVGS

GDS

B

+

Sustrato P

n nDSI

o VGS provoca la existencia o no de canal de conducción entre “D” y “S”. o VDS proporciona la corriente IDS.

VGS = 0

o G = S = B = 0 → IDS = 0. VGS positiva y mayor que VT

o VT: tensión umbral. o Inyección de electrones en “B”, recombinándose con los huecos existentes en

dicha zona.

o Los electrones libres se aglutinan en las proximidades de SiO2 → creación canal de conducción entre “D” y “S” (Inversión superficial) → IDS en función de VDS.

o A medida que VGS más positiva → anchura de canal mayor.



Curvas de transferencia

IDS (mA)

(V)GSV

1

2

4

3

4 8 12-4

NMOS PMOS

4 --8-4

-3

-4

-2

-1

VGS (V)

(mA)DSI

12T-VVT

VGS↑↑↑ → IDS ↑↑↑ → Destrucción de transistor.

nMOS: VGS < VT VGS > VT. VT: positiva

____________ ______________

pMOS voltajes y corrientes de signo contrario.

pMOS: VGS > VT VGS < VT. VT: negativa

CORTADO CONDUCCIÓN



nnMM SS

nMOS (Sat

OO

GSV

DSI

V

V

DS

DS

=

=

A

uración): VDS ≥ VGS - VT

VV 40,0=T

( )

( )BV

AV

80,040,020,1

40,040,080,0

=−

=−

Adorac

B

DSV

ión Hermoso Fernández


ppMM SS

pMOS (Saturaci

OO

DSI−

GSV

VT

(

(V

V

DS

DS

020,1

000,1

−−−=

−−−=

A

ón): VDS ≤ V

V4,0−=

) (

) (BV

AV

80,040,

0040,

−=

6,−=

A

B

GS - VT

DSV−

)

)

doración Hermoso Fernández


o Simbología:

S

D

BG G

B

D

S

S

D

G G

S

D nMOS pMOS

o Aplicaciones:

PPRRIINNCCIIPPAALLEESS VVEENNTTAAJJAASS UUSSOOSS Impedancia de entrada alta y de sa

Adaptador de impedancias, buffer aislador o separador. lida baja

Bajo ruido Sintonizadores de FM, equipo para comunicaciones

Baja capacidad de entrada e prueba Instrumentos de medición, equipos d

Control por voltaje Amplificadores operacionales, órganos electrónicos, controles de tono

Capacidad pequeña acoplamiento

de ductivos Audífonos para sordera, transductores in

Pequeño tamaño Integración en gran escala, computadores, memorias



1.9. TRANSISTORES MOSFET DE SIMETRÍA COMPLEMENTARIA (CMOS)

o Compuesto por nMOS y pMOS de enriquecimiento.

n n pp

GD S1

1BG1

1DD22G

S

G D

S

S2

2G

G1 PMOS

NMOS

1S

2

2B

PMOSNMOS

Sustrato P

Sustrato N

o Circuito equivalente.

DG


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