Transístor MOSFET (Metal-Oxide Semicondutor FET) – Teoria + Ficha de Trabalho (Parte 3/4)

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CMOS

Com o inversor de carga activa que estudámos, a corrente de dreno com a saída baixa é aproximadamente igual a ID(sat). Isso pode criar um problema nos equipamentos que trabalham com pilhas. Uma forma de reduzir a corrente de dreno de um circuito digital é usando o CMOS (MOS complementar), que combina MOSFET de canal n e de canal p.

Q1 é de canal p e Q2 de canal n. Estes dois dispositivos são complementares, o que quer dizer que têm valores iguais e opostos de VGS(th), VGS(on), ID(on), etc.
Assim, um MOSFET conduz quando o outro está ao corte e vice-versa.
Funcionamento Básico (numa aplicação de comutação)
A tensão de entrada pode ser alta (+VDD) ou baixa (0 v). Se for alta, Q1 está ao corte e Q2 conduz. Neste caso, Q2 curto-circuitado leva a tensão de saída a zero.
Se a tensão de entrada é baixa, Q1 conduz e Q2 está ao corte. Agora é o Q1 curto-circuitado que leva a tensão de saída para +VDD.
Como a tensão de saída está invertida em relação à entrada, o circuito chama-se inversor CMOS.
A principal vantagem do CMOS é que o seu consumo é extremamente baixo. Como os MOSFET estão em série, a corrente de dreno no ponto Q é determinada pelo dispositivo que não conduz. Mas como a resistência de entrada de um desses dispositivos é muito alta (Megaohms), o consumo aproxima-se de zero.
Por este motivo é muito usado em calculadoras, relógios digitais, aparelhos para combater a surdez.

Exemplo:

Os MOSFET da figura seguinte têm uma resistência RDS(on) = 100Ω, uma RDS(off) = 1 MΩ. Como é a forma de onda?

Solução:

O sinal de entrada é um impulso rectangular que comuta de 0 para +15 V no ponto A e de +15 V para 0 no ponto B. Antes do ponto A, Q1 está activo e Q2 ao corte. Como Q1 tem uma resistência de 100 Ω, comparado com uma resistência de 1 MΩ em Q2, a tensão de saída eleva-se até aos +15 V.
Entre os pontos A e B a tensão de entrada é de +15 V. Isso provoca o corte de Q1 e a activação de Q2. Neste caso, a resistência baixa de Q2 leva a tensão de saída a um valor aproximadamente igual a zero.
Assim, a forma de onda de saída é mostrada na figura b)