mosfet: polarização do mosfet aula 4

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Prof. SeabraPSI/EPUSP

MOSFET: Polarização do MOSFETAula 4

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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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4ª Aula: O Transistor de Efeito de CampoPolarização do MOSFET

- Ao final desta aula você deverá estar apto a:

- Analisar circuitos de polarização para MOSFETs

- Projetar circuitos para MOSFETS

- Explicar a diferença entre as técnicas de análise de circuitos para MOSFETs e para bipolares

- Explicar a diferença entre transistores MOS “normais” (enriquecimento) e MOS tipo depleção

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

PMOS NMOS

VGS>VtVGS<Vt

(Vt < 0 !!!)

2

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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

VvLW

Cr

vVvLW

CI

−=

−≈

μ

μ

1

Linear ( se |VDS | << 2| VGS-Vt | )Parabólica

( ) ( )2

GS tD

VWL

1V

I k2 DSp Vλ−

+′=onde p ox

p oxox

μ εμ .C

xpk ′ = =

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

VGS , VDS e Vt < 0

2n(superfície)

2p(superfície)

12

12

μ =450cm /Vsμ =100cm /Vs

0,345 10 /1 10 /

εε

−

−= ×= ×

ox

si

F cmF cm

1A

eV

λ =

3

4


Características de Corrente-Tensão do NMOSFET e do PMOSFET tipo Enriquecimento

1 1

GS t

DS GS t

oD A

v V

v v V

r ondeI V

λλ

≥≥ −

= =

1 1

GS t

DS GS t

oD A

v V

v v V

r ondeI V

λλ

≤≤ −

= =


O Efeito da Temperatura

( )

−−′=

2VVVV

LW kI

2DS

DStGSD p

•Tanto Vt como k’ são sensíveis à temperatura:

•Vt diminui (em módulo) 2mV/°C (ID aumenta)•k’ diminui com a temperatura e é o efeito dominante

•Assim, para um mesmo VDS, ID DIMINUI com o AUMENTO da temperatura

4

5


Perfil de um Circuito Integrado CMOS


Exemplo 4.2 Projete o circuito abaixo para ID=400 μAe VD = +0,5V, sabendo-se que Vt=0,7 V, μn Cox = 100 μA/V2,L = 1 μm e W = 32 μm (λ = 0).

( ) ( )12

GS toxD n

ox

V Vε WI μx L 2 DSVλ

− = +

( )( ) ( )( )12

G toxD n D

ox

V Vε WI μ Vx L 2

SS

VVλ

− − = + −

5

6


Exemplo 4.2 Projete o circuito abaixo para ID=400 μAe VD = +0,5V, sabendo-se que Vt=0,7 V, μn Cox = 100 μA/V2,L = 1 μm e W = 32 μm (λ = 0).

( )( ) ( )( )12

G toxD n D

ox

V Vε WI μ Vx L 2

SS

VVλ

− − = − −

( )( )2G tox

D nox

V Vε WI μx L 2

SV− − =

( ) ( )20,732400 1001 2

GSV −= 0 7 0 5( , ) ,GSV V→ − = ±

1 2,G SV V V→ − = 0 1 2,G SV V V V→ = ∴ = −

1 2 2 5 3 250 4

( , ) ( , ) , k,

S SSS

D

V VR

I− − − −= = = Ω

2 5 0 5 50 4

( , ) ( , ) k,

DD DD

D

V VR

I− −= = = Ω


Exemplo 4.4 Projete o circuito abaixo para VD= 0,1V. Qual a resistência efetiva entre dreno e fonte? Considere Vt= 1 V e kn´(W/L) = 1 mA/V2

0 1 2 2 5 1 8, ( ) ( )DS GS tV V V V V= − = − =

0 4 0 395, mA ou , mA se não linearizarmosD DI I= =

5 0 1 12 250 4

, , k,

DD DD

D

V VR

I− −= = = Ω

0 1 2530 395

,,

DSDS

D

Vr

I= = = Ω

6

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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.



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8

9



Como resolver esse problema

graficamente?


Como resolver esse problema graficamente:As Análises que fizemos anteriormente (resistor, diodo)

TnVSD eII /vD=

RVV

I

VIRV

DDDD

DDDD

−=

+= .Aplicando a lei das malhas:

(2)

(1)

Aplicando a lei das malhas:

1 2.DD RV R I V= +

(2)

(1)Aplicando a lei do resistor:

2

2

RVIR

=

Aplicando a lei do diodo:

1

2

1

DDVR

(1)

(2)

1

resistor−= 2

1

DD RV VI

R

9

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E para o MOSFET?(se na região de saturação)

Aplicando a lei das malhas:.DD D D DS

DD DSD

D

V R I V

V VI

R

= +−=

(2)(1)

Aplicando a lei do MOSFETna saturação:

18k= Ω

10V=

4V=1,816GSV V=

0,333mA

( )2GS t

D

V VWI kL 2n

−′=

Q


Resolvendo esse problema graficamenteExemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é,

kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.

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0V


0V


Resolvendo esse problema graficamente

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Exemplo 4.8!!!!! e 4.12!!!


OS MOSFET tipo Depleção

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13

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NMOSFET Tipo Depleçãoapresenta canal implantado entre fonte e dreno)

N+ N+

P

Porta(G-Gate)

Dreno(D-Drain)

Fonte(S-Source)

Substrato(B-Body)

N

Canal implantado

MOS

NMOSFET Tipo Depleção

NMOSFET Tipo Enriquecimento


NMOSFET Tipo Depleção (Vt < 0)

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NMOSFET Tipo Depleção (Vt < 0)


Características ID-VGS(Tipo Enriquecimento e tipo Depleção)

Figura 5.23

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