modelando el transistor de efecto de campo · modelando el transistor de efecto de campo algunas de...

Dr. J.E. Rayas Sánchez1

Modelando el Transistor de Efecto de Campo

Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de las páginas de internet de los autores de los textos:

A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.

A.R. Hambley, Electronics: A Top-Down Approach to Computer-Aided Circuit Design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2000.

R.C. Jager, Microelectronic Circuit Design. New York, NY: McGraw Hill, 1997.


Estructura Simplificada del JFET


Operación del JFET (vGS = 0 , vDS = 0)


Operación del JFET (0 > vGS > VP , vDS = 0)

Vto = VP

Voltaje deestrangulamiento


Operación del JFET (vGS < VP , vDS = 0)

Vto = VP



Operación del JFET (vGS = 0, 0 < vDS < | VP |)

Vto = VP



Operación del JFET (vGS = 0, vDS > | VP |)

Vto = VP



iDS VS vDS cuando vGS = 0


Curvas de Salida de un JFET Canal N

vDS > vGS − VP

vGS − VP

(Vto = VP )


Análisis de la Operación del JFET

nvGS

vDS

D

S

G

Regionesdesérticas

V(y)

X(y)X(y)

b(y)

y

2a

pp L


Unión P-N Polarizada Inversamente (repaso)

+

+=

D

AA

Rp

NNqN

VW1

)(2 0ψε

+

+=

A

DD

Rn

NNqN

VW1

)(2 0ψε

= 20 ln

i

DAT n

NNVψ

x

np+

−+

+

+

+

+

+

+− −

− −

−

−−

Wn−Wp

x

V

−WpWn

VnVp ψ0+VR


Análisis de la Operación del JFET (cont.)

+

+=

A

DD

R

NNqN

yVyX1

))((2)( 0ψε

)()( yVvyV GSR −=

)()( 01 yVvKyX GS −+= ψ

+

=

A

DD N

NqNK

1

21

ε

nvGS

vDS

D

S

G

Regionesdesérticas

V(y)

X(y)X(y)

b(y)

y

2a

pp L



)(22)( yXayb −=

)(22)( 01 yVvKayb GS −+−= ψ

yy EJ σ=

dyydV

yWbiDS )(

)(σ−=−

∫∫ =)(

00

)(LVL

DS dVybWdyi σ nvGS

vDS

D

S

G

Regionesdesérticas

V(y)

X(y)X(y)

b(y)

y

2a

pp L



)(22)( 01 yVvKayb GS −+−= ψ

∫∫ =)(

00

)(LVL

DS dVybWdyi σ

')( DSVLV ≡

+−−++= 2/3

012/3'

01'

0 )(32)(

32

GSDSGSDSDS vaKVv

aKVGi ψψ

LWaG σ2

0 =donde PR VVayX == cuando)(Como

RVKyX += 01)(comoy ψ

PVaK

+=

0

1 1entoncesψ



++−−++= 2/1

0

2/30

2/3'0'

0 )()()(

32

P

GSDSGSDSDS V

vVvVGiψ

ψψ

Para causar el estrangulamiento: 'DSGSPGD VVVV −==

GSPDS VVV +−='

++−+++−= 2/1

0

2/30

2/30

0 )()()(

32

P

GSPGSPDS V

vVVVGiψ

ψψ

Como IDSS = IDS cuando vGS = 0

+−++−= 2/1

0

2/30

2/30

0 )()()(

32

P

PPDSS V

VVGIψ

ψψ



++−+++−= 2/1

0

2/30

2/30

0 )()()(

32

P

GSPGSPDS V

vVVVGiψ

ψψ

Puede aproximarse mediante

( )22

1 tGSP

GSDSSDS VvK

VvIi −=

−= (Ley Cuadrática)

2t

DSS

VIK = Vto = VP


Curva de Transconductancia de un JFET Canal N

(IDSS = 18mA, VP = −3V)

( )22

1 tGSP

GSDSSDS VvK

VvIi −=

−=

2t

DSS

VIK =


Estructura Física del E-MOSFET

m10m1 µµ ≤≤ Lm500m2 µµ ≤≤W

m1.0)SiO( 2 µ≈H


Estructura Física del E-MOSFET (cont.)


Operación del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS = 0)


Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS pequeño)


Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS grande)


Operación del E-MOSFET (vGS > Vt )


Curvas Características del E-MOSFET


Ecuaciones del E-MOSFET

tGSDS Vvv −<! En la región óhmica (triode region),

])(2[ 2DSDStGSDS vvVvKi −−=

=

LWCK OXnµ

21

µn movilidad de los electronesCOX capacitancia parásita de G-B por unidad de área

1)](2[ −−≈= tGSDS

DSDS VvK

ivr para vDS pequeño

! En la región de saturación, tGSDS Vvv −≥2)( tGSDS VvKi −=


Curva de Transconductancia del E-MOSFET


Región Óhmica del E-MOSFET

1)](2[ −−≈= tGSDS

DSDS VvK

ivr

para vDS pequeño


Modulación de la Longitud del Canal


Símbolos de FETs

! E-MOSFET

canal n canal p

! JFET

canal n canal p

=

LWCK OXnµ

21

2/ PDSS VIK =

Pt VV =


Modelo del FET para Señal Grande

G D

vGS

S

K(vGS −Vt)2


Modelo del FET para Señal Grande (cont.)

G D

vGS

S

K(1+λvDS)(vGS −Vt)2

λ: factor de modulación de la longitud del canal


Modelo del FET para Señal Pequeña

)(2 tGSm VVKg −=


Modelo del FET para Señal Pequeña (cont.)

)(2 tGSm VVKg −=

DS

Ao I

Vr =

λ/1=AV

λ: factor de modulación de la longitud del canal

Ω≤≤Ω M1K10tip. or

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