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MOSFET: como funciona?

O MOSFET é outro tipo de transistor de efeito de campo. Muito mais usado do que o JFET e é o componente mais importante nos computadores digitais.

Este é o link para acessar o post sobre o transistor de efeito de campo de junção.

JFETClique aqui

Estrutura

Além dos 3 terminais: porta (Gate), fonte (Source) e dreno (Drain), o MOSFET tem o terminal de corpo (Body). Em alguns transistores, o corpo fica ligado à fonte.

MOSFET DESTAQUE
O substrato é feito de um semicondutor, geralmente silício, dopado com impurezas para ter mais ou menos elétrons. Parte do semicondutor próximo dos terminais fonte e dreno são dopados do tipo oposto ao do substrato. Os semicondutores próximos dos terminais fonte e dreno (n+) possuem mais impurezas do que o substrato (p). Fonte: StackExchange.

O MOSFET (transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico) tem este nome devido ao pequeno filme isolante de óxido de silício (SiO_{2}), colocado entre o material condutor na porta e o substrato. O condutor é feito de silício policristalino ou polisilício e dopado com alto grau de impureza.

Tipos de MOSFET
Os MOSFETs do tipo p (pMOS) possuem substrato do tipo n, enquanto os do tipo n (nMOS) têm substrato do tipo p. Fonte: Warosu.

Devido à camada isolante de SiO_{2}, a impedância de entrada deste dispositivo é maior do que o do JFET.

Tipos de MOSFETs e funcionamento

Além dos tipos n e p, os MOSFETs podem ser divididos em outras duas categorias: tipo intensificação ou depleção. Estes possuem diferentes modos de operação.

MOSFET tipo intensificação ou E-MOSFET

MOSFET tipo intensificação
Na figura, acima é a estrutura do MOSFET tipo intensificação e abaixo, os símbolos nos esquemáticos. Fonte: Circuit Crush.

Se aplicar uma diferença de potencial entre a fonte e o dreno, não haverá circulação de corrente no MOSFET. Porque há junções p-n e uma delas estará na polarização reversa, bloqueando a corrente. O polisilício da porta, o óxido e o semicondutor formam um capacitor MOS, que gera um campo elétrico quando o MOSFET recebe um potencial positivo na porta, se for um nMOS.

Funcionamento do MOSFET tipo intensificação.
O potencial positivo na porta (G) atrai elétrons livres do substrato. Elétrons se concentram perto da porta, criando um canal com excesso de elétrons entre o dreno (D) e a fonte (S). Alguns se combinam com as lacunas, criando uma região de depleção. Onde não há elétrons livres e nem lacunas. Fonte: Electronics Tutorials.

Devido ao canal induzido, haverá circulação de corrente entre o dreno e a fonte. Se fosse um pMOS, as polaridades de V_{GS} e V_{DS} teriam que ser invertidas.

curvas características
As curvas características do MOSFET tipo intensificação têm esta forma. Fonte: Electrical Technology.

A relação entre a corrente de dreno (I_{D}) e V_{GS}.

I_{D}=k(V_{GS}-V_{T})^2

Onde k é uma constante relacionada com a construção do componente. Pode ser calculado da seguinte forma:

k=\frac{I_{D(ON)}}{\left (V_{GS(ON)}-V_{T} \right )^{2}}

I_{D(ON)} e V_{GS(ON)} podem ser encontrados no datasheet do transistor.

MOSFET tipo depleção ou D-MOSFET

transistor tipo depleção
Neste tipo, o MOSFET já vem construído com um canal (Diffused Channel) ligando o dreno (D) e a fonte (S), que é dopado do tipo oposto ao do substrato. Fonte: Electrical and Electronics Tutorials.
representação do D-MOSFET
Representação no esquemático. Fonte: Kotak Enterprise.

Apesar do nome, pode funcionar nos modos de depleção ou intensificação. Depende da tensão V_{GS}. Quando não há potencial na porta e uma tensão entre o dreno e a fonte, a corrente I_{DSS} circula pelo canal.

modo depleção
Em um nMOS, quando V_{GS} é negativo, os elétrons no canal são afastados em direção ao substrato e as lacunas são atraídas, criando uma região de depleção. Resultando em uma redução da corrente de dreno.

Se o potencial na porta for positivo, elétrons são atraídos e lacunas se afastarão. Fazendo com que o canal se expanda, aumentando a corrente até um limite determinado pelo V_{GS}. Deve-se observar a corrente máxima de dreno que o componente suporta.

As curvas características de saída (à esquerda) e de transferência (à direita) do MOSFET do tipo depleção. Depletion=Depleção e Enhancement=Intensificação. Fonte: RF Wireless World.

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