MOSFET: O MOSFET canal p e a Resistência de Saída Aula 3...p. 141-146 2ª 05/08 Dedução da...

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Prof. SeabraPSI/EPUSP

MOSFET: O MOSFET canal p e a Resistência de Saída

Aula 3

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Aula Matéria Cap./página1ª 03/08 Estrutura e operação dos transistores de efeito de campo canal n, características tensão-corrente. Sedra Cap. 4p. 141-1462ª 05/08 Dedução da equação de corrente do MOSFET canal n, resistência de saída na saturação, Exemplo 4.1. Sedra, Cap. 4p. 146-1553ª 10/08 Características do MOSFET canal p, efeito de corpo, sumário, exercícios. Sedra, Cap. 4p. 155-1594ª 12/08 Polarização cc. Exemplos 4.2, 4.5 e 4.6. O MOSFET como amplificador e como chave (apenas destacar a curva de transferência) Sedra, Cap. 4p. 160-1655ª 17/08 O MOSFET como amplificador, modelo equivalente para pequenos sinais, Exemplo 4.10. Sedra, Cap. 4 p. 175-184 6ª 19/08 Configurações básicas de estágios amplificadores MOS. Conceituação. Fonte comum e fonte comum com resistência de fonte. Sedra, Cap. 4 p. 185-1937ª 24/08 Resposta em baixa frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p. 206-208 8ª 26/08 Resposta em alta frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p. 203-206 9ª Aula de ExAula avulsa de exercícios (horário 13:00h – 15:00h)1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016)Data: xx/xx/2016 (xx feira) – Horário: xx:xxh

Eletrônica II – PSI3322Programação para a Primeira Prova

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3ª Aula: O Transistor de Efeito de CampoDetalhes no funcionamento do MOSFET canal nCaracterísticas do MOSFET canal p

- Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Distinguir o “MOSFET canal n” do “MOSFET canal p”- Explicar efeitos de segunda ordem presentes nas leis do MOSFET- Empregar em circuitos as equações do MOSFET- Analisar circuitos de polarização com transistores FET- Projetar circuitos eletrônicos com MOSFETS

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• Região Triodo (VGS > Vt): 0< VDS ≤ VGS-Vt

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSnD

• Região de Saturação (VGS > Vt): 0< VGS-Vt ≤ VDS

( )2

VVLWkI

2tGS

nD−′= onde oxn

ox

oxn .Cμx

εμ ==′nk(Parâmetro de Transcondu-

tância do processo [A/V2])

Resumindo o NMOSFET

• Região de Corte: VGS≤ Vt ou VGS-Vt ≤0 ID=0

)(

)(

tGSoxnDS

DStGSoxnD

VvLWCr

vVvLWCI

−=

−≈

μ

μ

1

Parabólica

2n(superfície)

2p(superfície)

12

12

μ =450cm /Vsμ =100cm /Vs

0,345 10 /1 10 /

εε

−

−= ×= ×

ox

si

F cmF cm

Linear { se VDS

3


Características de Corrente-Tensão do NMOSFET Tipo Enriquecimento

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSnD

( )2

VVLWkI

2tGS

nD−′=

VGS>Vt


Um Modelo de Circuito para a Região de Saturação

(VDS > VGS − Vt)

Limiar entre triodo e saturação: vDS = vGS - Vt( )

2VV

LWkI

2tGS

nD−′=

Modelo Geral, válido para qualquer sinal (AC ou DC) na região de saturação

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Exemplo 4.5 Analise o circuito abaixo e determine todas as tensões nos nós e correntes nos ramos.Considere Vt= 1,0 V e kn´=0,02 mA/V2 e (W/L) = 50/1 μm/μm

EquaEquaçções de Iões de IDD=f(V=f(VGSGS, V, VDSDS) de 1) de 1aa OrdemOrdem

• Região Triodo: 0< VDS ≤ VGS-Vt

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSnD

• Região de Saturação: 0< VGS-Vt ≤ VDS( )

2VV

LWkI

2tGS

nD−′= onde oxn

ox

oxn .Cμx

εμ ==′nk(Parâmetro de Transcondu-tância do processo [A/V2])

Resumindo o NMOSFETNMOSFET


)(

)(

tGSoxnDS

DStGSoxnD

VvLWCr

vVvLWCI

−=

−≈

μ

μ

1

Linear ( se VDS >

0,5 6 3 10 3 7D S D DSe I mA V kI V e V V= → = = = − =

( )7 3 4 DS GS tDS V V V saturaçãV e oV ∴ >∴ = − −=

Supondo na Saturação!

VGS

( )2GS tD

V VWI kL 2n

−′=

4

5


Região de SaturaçãoVDS > VGS − Vt

Limiar entre triodo e saturação: vDS = vGS - Vt

NMOSna saturação

NMOSVDS fixo! SATURAÇÃO!

( )2GS tD

V VWI kL 2n

−′=


A Resistência de Saída Finita na Saturação(modulação do comprimento de canal)

↑ΔL DSV↑com1A A

oD D D

V V VVrI I I Iλ

≈Δ= ≈ = =Δ

DI

TOTALDD

O

SDI I

Vr

≅= +TOTALD D DS D

I I V Iλ= + × 1( )TOTALD D DS

I I Vλ= +

VΔ

TOTALDI

adicionalDI

TOTAL DadicionaD lDII I= +

DSV≅

DSV

5

6


A Resistência de Saída Finita na Saturação(modulação do comprimento de canal)

( ) ).V 1(2

VVLWkI DS

2tGS

nD λ+−′=

↑ΔL DSV↑com DI

VΔ

TOTALDI

adicionalDI

1( )TOTALD D DS

I I Vλ= +TOTAL


Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação incorporando r0

AVonde 1=λ

( )2 12

( . )REAL

GS tD n DS

v VWi k vL

λ−

′= +

IDidealizado

Do Ir

λ1=

1( )TOTALD D DS

I I Vλ= +

TOTALD D DadicionalI I I= +

6

7


Modelo de circuito equivalente para grandes sinais de um NMOSFET operando em saturação incorporando r0

Di Dadicionali

( )21 12

λ′= − +( . )REALD n GS t DS

Wi k v V vL

1 1

GS t

DS GS t

oD A

v Vv v V

r ondeI V

λλ

≥≥ −

= =


• Região Triodo (VGS > Vt): 0< VDS ≤ VGS-Vt

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSnD

• Região de Saturação (VGS > Vt): 0< VGS-Vt ≤ VDS

( ) ( )12

G

f

tD

f

S

e

V VWI kL 2 Sn D

Vλ−

+′=onde oxn

ox

oxn .Cμx

εμ ==′nk

(Parâmetro de Transcondu-tância do processo [A/V2])

NMOSFET(enriquecimento)


)(

)(

tGSoxnDS

DStGSoxnD

VvLWCr

vVvLWCI

−=

−≈

μ

μ

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Linear { se VDS 0

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O MOSFET no SPICE (quics)


Uma Palavra sobre a Região de CorteVGS < Vt

• Supusemos que quando VGS < Vt o MOSFET está completamentecortado

• No entanto quando VGS levemente menor que Vt um pequena corrente ID flui

• É a chamada região de sub-limiar (sub-threshold), onde no fundoID guarda uma relação exponencial com VGS

• Essa região de sublimiar encontra um número cada vez maior de aplicações nos dias de hoje pois consome menos potência

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O Transistor MOSFET - Canal P (PMOS)

P+ P+

N

Porta(G)Dreno(D)Fonte(S)

Substrato (B)

negativo!

VGS negativo!

VDS

++++++

– – – – –


Características de Corrente-Tensão do NMOSFET e do PMOSFET (tipo enriquecimento)

PMOS NMOS

VGS>VtVGS

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• Região Triodo: VGS-Vt ≤ VDS < 0 e VGS < Vt

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSD p

• Região de Saturação: VDS ≤ VGS-Vt < 0 e VGS < Vt

PMOSFET (enriquecimento)

• Região de Corte: VGS≥ Vt ou VGS-Vt ≥ 0 ID=0

)(

)(

tGSoxpDS

DStGSoxpD

VvLWCr

vVvLWCI

−=

−≈

μ

μ

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Linear ( se |VDS |

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