Transístor MOSFET (Metal-Oxide Semicondutor FET) – Teoria + Ficha de Trabalho (Parte 3/4)
[continuação…]
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)
Janeiro 30, 2010 Não há comentários
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Transístor MOSFET (Metal-Oxide Semicondutor FET) – Teoria + Ficha de Trabalho (Parte 1/4)
MOSFET (Metal-Oxide Semicondutor FET)
Introdução
A diferença em relação ao JFET é que tem a sua porta isolada do canal. Por isso, a corrente de porta ainda é menor do que no JFET.
Existem dois tipos: o de empobrecimento e o de enriquecimento. Apenas estudaremos este último por ser o que se usa em quase todas as aplicações.
O MOSFET é um componente essencial, sem o qual não teríamos os computadores de hoje, tal como os conhecemos.
Ideia Básica
O substrato p estende-se até ao dióxido de silício.
Como podemos ver não existe um canal n entre a fonte e o dreno.
A figura b) mostra as tensões de polarização normais.
Funcionamento: Quando a tensão de porta é nula, a corrente entre a fonte e o dreno é nula, isto é está ao corte.
A única forma de obter corrente é aplicando uma tensão de porta positiva. Nessas condições ela atrai electrões livres da região p e estes recombinam-se com as lacunas existentes na zona do dióxido de silício. Quando a tensão de porta é suficientemente forte, todas as lacunas nessa zona desaparecem e os electrões livres começam a circula da fonte para o dreno.
A VGS mínima que cria este caminho para os electrões, chama-se tensão de limiar (VGSth), cujos valores típicos estão entre 1 e 3 V.
Características de Saída
A parte quase vertical corresponde à zona óhmica e a parte quase horizontal corresponde à zona activa, pelo que o MOSFET pode actuar como resistência ou como fonte de corrente.
A figura seguinte mostra a curva de característica típica. Se VGS aumenta muito atingimos a saturação. Para além deste ponto entramos na zona óhmica. Para assegurar uma saturação forte usa-se VGS >> VGSth.
Símbolo
Tensão Porta-Fonte Máxima
SE subimos VGS muito corremos o risco de corromper a fina camada de dióxido de silício. Por exemplo, um 2N7000 tem uma VGSmax = cerca de 20 V.
Os MOSFET são dispositivos delicados e também se podem destruir se os tirarmos do circuito sem desligar a alimentação e por simples toque devido à electricidade estática.
A Zona Óhmica
Ainda que o MOSFET se possa polarizar na zona activa, não é habitual fazê-lo porque é, principalmente, um dispositivo de comutação. A tensão de entrada típica toma um valor baixo ou um valor alto.
Resistência Dreno-Fonte
É equivalente a uma resistência de:
RDS(on) = VDS(on) / ID(on) que é medida pelo fabricante num ponto Qtest e é dada no catálogo
Tabela de catálogo
Polarização na Zona Óhmica
A corrente de dreno será:
ID(sat) = VDD / RD
Vemos também a recta de carga para contínua entre uma corrente de saturação ID(sat) e uma tensão de corte VDD.
Quando VGS=0, o ponto Q está no extremo inferior da recta. Quando VGS = VGS(on) o ponto Q está no extremo superior superior da recta. O MOSFET está na zona óhmica quando Q está abaixo do Qtest, ou seja, quando:
ID(sat) < ID(on) quando VGS = VGS(on)
[continua...]
Janeiro 9, 2010 3 Comentários
