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- Introdução. O funcionamento do transistor bipolar baseia-se em dois tipos de cargas: elétrons e lacunas. O funcionamento de um transistor unipolar depende apenas de um tipo de carga, elétrons ou lacunas. O transistor de efeito de campo (FET - field effect transistor ) é um exemplo de um transistor unipolar. Os transistores bipolares são dispositivos controlados por corrente, isto é, a corrente de coletor é controlada pela corrente de base. Já no transistor FET a corrente é controlada pela tensão ou pelo campo elétrico. A grande vantagem do FET sobre o transistor bipolar é a sua altíssima impedância de entrada (da ordem de dezenas a centenas de megaohm) além de ser um dispositivo de baixo ruído.
- (^) - Transistor JFET (Transistor de efeito de campo de junção - Junction field effect transistor).
2.1.- Características do JFET.
O Transistor de Efeito de Campo de Junção – JFET foi o primeiro FET desenvolvido. Há dois tipos: Canal N(condução por elétrons) e Canal P(condução por lacunas).
Regiões dos transistores:
Canal N Canal P
Estrutura e simbologia do JFET Bipolar JFET Emissor (E) Fonte (S - source) Base (B) Porta (G – gate) Coletor (C) Dreno (D - drain)
Sua estrutura é composta por uma barra de material semicondutor N (ou P), envolvida
no centro com material P (ou N), deixando um canal estreito do primeiro material para controlar
a corrente como mostra a Figura 1.0.
Figura 1.
2.2. – Princípios de funcionamento.
O princípio de funcionamento do JFET é controlar a corrente iD que circula entre a fonte e o dreno. Isto é feito aplicando-se uma tensão na porta. Com o potencial de porta igual a zero, ou seja, V (^) G = 0 ou V (^) GS = 0, aplicando-se uma tensão entre o dreno e a fonte (V (^) D ou VDS ), surge uma corrente iD. Com uma pequena tensão entre dreno e fonte VDS , a região N funciona como uma resistência, com a corrente iD aumentando linearmente com V (^) DS. Mas conforme a tensão V (^) DS aumenta, aparece uma tensão entre a fonte e a região de porta, polarizando reversamente essa junção. Isso faz com que a camada de depleção aumente, estreitando o canal, o que aumenta a resistência na região N, fazendo com que diminua a taxa de crescimento de i (^) D, como se vê na figura 2.0.
Figura 2.0 – aumento da camada de depleção e estreitamento do canal.
A partir de um certo valor de V (^) DS , ocorre o estrangulamento do canal (estreitamento máximo), fazendo com que a corrente i (^) D permaneça praticamente constante. Essa tensão é chamada de tensão de estrangulamento ou pinch off (VPO ) e corresponde a tensão máxima de saturação do JFET. A corrente de dreno para V (^) GS = 0, no seu ponto máximo, é denominada corrente de curto circuito entre dreno e fonte ou drain-source shorted current (I (^) DSS) e corresponde a corrente máxima de dreno que o JFET pode produzir. O gráfico da figura 3.0 apresenta a curva característica de saída de um JFET (i (^) D x V (^) DS ) para VGS = 0v, este gráfico é denominado curva de dreno.
Figura 4.0 – Regiões das curvas de dreno.
IDSS - corrente máxima que o JFET pode produzir, na qual ocorre e estrangulamento do canal quando V (^) GS = 0. V (^) PO - tensão máxima de saturação ou de estrangulamento (pinch-off). V (^) P – tensão na qual ocorre o corte do dispositivo. BVDSS – tensão de ruptura do dispositivo para V (^) GS = 0.
- Transistor MOSFET (Transistor de efeito de campo com metal óxido semicondutor – Metal oxide semiconductor field effect transistor).
2.3.– Características do MOSFET.
Na construção de um transistor MOSFET, o contato metálico do terminal de porta é separado do substrato por uma camada isolante de dióxido de silício (SiO 2 ). Por ter a porta isolada do substrato, a impedância de entrada do MOSFET é ainda maior que a do JFET, fazendo com que a corrente de porta seja praticamente nula. O surgimento do MOSFET representou um grande avanço tecnológico por ser de fabricação muito simples, ter alto desempenho (alta impedância de entrada e baixo ruído), e propiciar integração em larga escala, isto é, pelo fato de ter tamanho muito reduzido (cerca de 20 vezes menor que o transistor bipolar), permite que um grande número de transistores sejam produzidos num mesmo circuito integrado. Existem dois tipos de MOSFETs: MOSFET de acumulação e MOSFET de depleção.
2.4.– MOSFET de acumulação.
O MOSFET pode apresentar o substrato disponível ou curto-circuitado internamente com o terminal de fonte, como é mais comumente encontrado. Na figura 5.0 tem-se a construção e os símbolos do MOSFET de acumulação.
Figura 5.0 – Aspectos construtivos e simbologias do MOSFET de acumulação.
Tomando-se como exemplo o MOSFET canal N, aterrando-se o substrato P e aplicando- se uma tensão positiva a porta, surge um campo elétrico entre o campo e o substrato que atrai para a região próxima a porta uma certa quantidade de elétrons. Se este campo elétrico for suficientemente grande, a quantidade de elétrons atraídos será responsável pela formação de um canal (ou uma ponte) entre os terminais de dreno e fonte. Embora o material próximo a porta seja do tipo P (cujos portadores são lacunas), o campo elétrico faz com que no canal os elétrons tornam-se majoritários, criando uma camada de inversão denominada canal N. Com o aumento de tensão na porta, uma maior quantidade de elétrons é atraída, alargando o canal, diminuindo sua resistência e permitindo que circule uma corrente maior entra o dreno e a fonte.
2.5.– MOSFET de depleção.
Neste dispositivo existe uma canal na região abaixo do dióxido de silício com o mesmo tipo de dopagem das regiões de dreno e fonte, sendo que a concentração de dopagens no canal é um pouco menos que nas regiões de dreno e fonte, conforme o esquema na figura 6.0.
Transistor De Efeito De Campo (FET)
Gustavo Imai Rossi
Avelino Raimundo Junior
Adriano Fornasari
Francisco dos Santos
Princípios de funcionamento do transistor de efeito de campo (FET),
disciplina de Dispositivos Eletrônicos, professora Gislene Salim, do segundo
período do Curso de Tecnologia em Automação Industrial da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná UTFPR / Campus Pato Branco – PR.
Pato Branco, junho de 2009.
