Transistores unipolares jfet e mosfet

JFET / MOSFET
Sete Lagoas/MG
Fevereiro de 2009.

Eletrônica Analógica I •Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET
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F U N D A M E N T O S D A E L E T R Ô N I C A ( E A 1 )
TransistoresUnipolares
FET/JFET/MOSFET

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ÍndiceAnalítico
INTRODUÇÃO 04
1 – FET (Field Effect Transistor) – Transistor de Efeito de Campo - JFET
1.1 – História 05
1.2 – Funcionamento do FET 05
1.3 – Compreensão 06
1.4 – Características mais Importantes do JFET 07
1.5 – Princípio de Funcionamento 07
1.6 – Polarização e Reta de Carga 08
1.7 – Considerações Gerais 09
1.8 – Trancondutância gm 11
1.9 – Considerações Gerais 11
1.10 – Curva de Transcondutância 12
1.11 – Aplicações 13
2 - MOSFET
2.1 – Constituição Interna e Funcionamento 16
2.2 – MOSFET – Tipo Deplexão 19
2.3 – Características Importantes 19
2.4 – MOSFET – Tipo Intensificação (Enhancement) 21
2.5 – VMOS-FET (MOSFET de Construção Vertical) 21
2.6 – Particularidades dos Transistores MOSFET 22
2.7 – Exemplo de Aplicações em Circuitos de Telecomunicações 22
CONCLUSÃO 23
BIBLIOGRAFIA 23

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Introdução
Ainvenção do transistor foi um marco para a engenharia elétrica e eletrônica, assim
como para toda humanidade. Com o desenvolvimento dos transistores foi possível a
construção de equipamentos eletrônicos verdadeiramente portáteis funcionando apenas com
pilhas ou baterias. Além disso, o reduzido volume destes componentes a possibilidade de
associação para implementar funções analógicas ou digitais, das mais diversas, proporcionou
um desenvolvimento sem igual na indústria de equipamentos eletroeletrônicos.
Por tudo isso, o contato com estes dispositivos é essencial para o estudante de
engenharia, além do que, a grande maioria dos circuitos eletrônicos emprega um ou milhares
destes componentes.
Os transistores bipolares se baseiam em dois tipos de cargas: lacunas e elétrons, e são
utilizados amplamente em circuitos lineares. No entanto existem aplicações nos quais os
transistores unipolares com a sua alta impedância de entrada são uma alternativa melhor. Este
tipo de transistor depende de um só tipo de carga, daí o nome unipolar.
Há dois tipos básicos: os transistores de efeito de campo de junção (JFET - Junction
Field Effect transistor) e os transistores de efeito de campo de óxido metálico (MOSFET).

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1 – FET (Field Effect Transistor) - Transistor de Efeito de Campo
1.1 – História
Primeira referência: patente feita em 1930, por Julius Edgar Lilienfeld, um
pesquisador ucraniano nascido em 1882 e que imigrou para os EUA n a década de 20 do
século passado.
Sua idéia era controlar a condutividade de um material, por um campo elétrico
transversal; mas o sistema proposto por Lilenfeld não funcionaria na prática.
O domínio de semicondutores e da física necessária para a construção dos FETs
só aparece no início dos anos cinqüenta do século passado.
O FET é um desenvolvimento tecnológico posterior ao transistor de junção; mas
é o elemento dominante, por suas características, em sistemas lógicos modernos.
1.2 – Funcionamento do FET
Por utilizar para transporte de corrente somente portadores majoritários, o FET é
denominado unipolar.

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Existem, grosso modo, duas classes de FETs:
O FET de junção, chamado de JFET
O FET de contato (MOSFET, MESFET, MISFET)
1.3 – Compreensão
O FET é conhecido como transistor unipolar porque a condução de corrente acontece
por apenas um tipo de portador (elétron ou lacuna), dependendo do tipo do FET, de canal n ou
de canal p. O nome “efeito de campo” decorre do fato que o mecanismo de controle do
componente é baseado no campo elétrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de
controle. O Transistor JFET recebe este nome porque é um transistor FET de Junção.
Figura 1 – O Transistor JFET
A figura 01 apresenta um JFET de canal n (existe também o JFET de canal p). Seu
diagrama construtivo simplificado representa uma “barra” de silício semicondutor tipo n
(semicondutor dopado com impurezas doadoras) e contendo incrustadas duas regiões tipo p.
O JFET da figura 01 tem as seguintes partes constituintes:
FONTE: (source) fornece os elétrons livres,
DRENO: (drain) drena os elétrons,
PORTA: (gate) controla a largura do canal, controlando o fluxo dos elétrons entre a
fonte e o dreno. As regiões p da porta são interligadas eletricamente.
Ainda observando a figura 01, a seta apontando para dentro representa uma junção pn de
um diodo.
O JFET de canal p tem as mesmas partes constituintes de um JFET de canal n, porém seu
símbolo apresenta a seta em sentido contrário, e as correntes e tensões são consideradas
invertidas em relação ao JFET de canal n.

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1.4 – Características mais Importantes do JFET
Controle por Tensão: a corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão
aplicada na porta, em contraste com o transistor BJT, cuja corrente de coletor é controlada
pela corrente de base.
Alta Impedância de Entrada: para que seja possível o controle de corrente do canal
n é necessário que se produza uma polarização reversa das junções da porta,
provocando desta forma um aumento na região de depleção destas junções e em
decorrência disto um estreitamento do canal; com isto, tem-se baixas correntes de
porta, e conseqüentemente, alta impedância.
Curvas Características: o comportamento do JFET pode ser sumarizado por suas
curvas de dreno e de transcondutânica.
Outras Características: os transistores JFET apresentam menores ganhos em relação
aos transistores BJT e em decorrência disto têm maior estabilidade térmica;
geometricamente, os JFET têm dimensões menores quando comparados com os
transistores BJT.
1.5 – Princípio de Funcionamento – Polarização - Curva Características (Considerações)
Podemos então identificar dois tipos de comportamento do transistor:
a) O transistor se comportando como uma resistência variável controlada por tensão. O
JFET opera deste modo na região A da fig. 02 abaixo. Notamos que ID varia diretamente
proporcional a VDS, como se fosse uma resistência. Entretanto, essa variação, ou resistência,
será maior ou menor, dependendo do valor de VGS, daí a denominação de “Resistência
Variável Controlada por tensão”, que é a tensão VGS. RD = VD / ID ... (resistência dinâmica),
para VGS = cte. RD = VD /ID ... (resistência estática - no ponto), para VGS = cte.
b) Na região B da fig. 02, a corrente ID não aumenta mais, apesar do aumento de VDS.
Figura 2
Região A
Região B VGS
VP

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1.6 – Polarização e Reta de Carga
Para um JFET funcionar corretamente devemos ter uma polarização reversa entre
PORTA e FONTE. Na fig. 03 temos um JFET canal N polarizado, ou seja, com resistores
ligados aos terminais para limitar tensões e correntes adequadamente, como vimos na
polarização dos transistores Bipolares (NPN e PNP).
Figura 3
Na fig. 03 temos o tipo de polarização chamada de “autopolarização”, pois, a tensão
VGS aparece devido à corrente ID sobre RS, o que resulta em VRS. Esta tensão se distribui entre
RG e a junção reversa, que, como tal, possui uma alta resistência. Logo, temos VRG e VGS que
somadas perfazem VRS.
Como a junção da porta está reversamente polarizada, tem-se que IG é muito pequena
(da ordem de nA ou pA). Portanto, VRS é de valor desprezível em relação à VGS. Logo:
VRS = VGS e, portanto:
(V) VGS = RS.ID
A fim de polarizarmos um JFET devemos saber a função do estágio, isto é, se o
mesmo irá funcionar como um “resistor controlado por tensão” ou como um amplificador.
Como amplificador irmos trabalhar na região B da fig. 07, ou seja, à direita da linha de VP e à
esquerda da região de VDS de ruptura.
Exemplo:
VDD = 12V VDS = 5V VGS = -0,5V RS + RD = 3,7 K
De (IV) tiramos:
ID = (VDD - VDS)/(RS + RD)) = (12 - 5)/3,3 = 1,89mA ID = 1,9mA
De (V) tiramos:
RS = VGS/ID = 0,5/1,9 = 263 RS = 270
Teremos para RD:
IS
VDS
ID

9
RD + RS = 3,7K RD = 3700 - 263 = 3437 RD = 3,3 K
Utilizando o método da “reta de carga”, teríamos: Fazendo ID = 0 na equação (IV),
teremos:
VDS = VDD
Este 1 ponto está sobre o eixo de VDS e vale VDD. O 2 ponto está sobre o eixo de ID e
para achá-lo faremos VDS = 0, portanto:
ID = VDD/(RS + RD) = 12/3.700 = 3,2mA ID = 3,030mA
Sendo que:
VDS BVDSS e ID IDS
Colocando estes dois pontos na curva característica teremos a reta de carga da fig. 04
abaixo:
Figura 4
Observamos que se tomarmos o valor de 5V para VDS e “subirmos” verticalmente até a
reta e depois horizontalmente até o eixo ID, obtermos ID = 1,9mA. Assim, os valores de RS é
RD serão:
RS = VGS/ID = 0,5/1,9x10-3
= 263 RD = 3700 - 263 = 3437
Vemos que são os mesmos resultados obtidos anteriormente, pelo método analítico.
1.7 – Considerações Gerais
Seja a fig. 05 abaixo:

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Figura 5 – Curvas de Dreno do JFET
Vemos um conjunto de curvas de VDS = f(VDS) de um dado JFET. Há uma região de
saturação, uma região ativa e uma região de corte. Como vimos anteriormente, com VGS = 0V
(Porta e Fonte em curto), a corrente de Dreno aumenta rapidamente até que VDS atinja 4V.
Além deste valor de VDS, a corrente ID é praticamente horizontal. Entre 4V e 30V, a corrente
ID é praticamente constante e JFET se comporta como uma fonte de corrente de
aproximadamente 10mA. Quando VDS ultrapassa os 30V, o JFET rompe-se. Logo, a região
ativa se situa entre 4V e 30V. A denominação de ID como sendo IDSS se refere à corrente ID
com VGS = 0V e representa o valor máximo de ID como visto anteriormente. Na Fig. 05 temos
IDSS = 10mA para VDS = 15V. Sendo as curvas de dreno do JFET praticamente horizontais,
IDSS é de aproximadamente 10mA na região ativa. Fazendo s tensão VGS mais negativa,
iremos reduzir a corrente ID . Portanto teremos:
VGS = - 1V ID = 5,62mA. VGS = - 2V ID = 2,5mA
VGS = - 3V ID = 0,625mA VGS = - 4V ID 0mA
A curva inferior representa a região de corte, portanto:
VGS(Desligado) = VGS(OFF) = - 4V
Observando-se a região de saturação vê-se que quando o JFET está saturado, VDS se
encontra entre 0V e 4V, dependendo da reta de carga. Notemos que a tensão de saturação
mais alta é de 4V, igual (em módulo) à tensão VGS de corte, isto é, VGS(Desligado) = - 4V. Esta é
uma propriedade de todos os JFETs; ela nos permite usar VGS(OFF) como uma estimativa da
tensão máxima de saturação.
Assim sendo, se um dado JFET tem um VGS(OFF) = - 3V, podemos afirmar que o valor
de VDS máximo na região de saturação será de aproximadamente de 3V. Por exemplo, um
2N5457 tem um VGS(Desligado) = -2V. Portanto o VDS máximo na região de saturação é de
aproximadamente 2V.

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1.8 – Trancondutância gm
A transcondutância é representada por gm e é dada por:
gm = ID/ VGS VDS = Cte.
Unidade : Siemens, símbolo S - O valor da condutância é máximo quando VGS = 0V e é
denominada de gmo , gfso nas folhas de dados.
gm = gmo(1 - VGS/VGS(OFF)
OBS.: O valor de VGS(OFF) é muito difícil de ser medido na prática. Já IDSS e gmo são fáceis de
serem determinados com grande precisão. Assim sendo, usamos a fórmula abaixo para
calcular VGS(OFF).
VGS(OFF) = - 2IDSS/gmo
1.9 – Considerações Gerais
Figura 6 – Polarização do JFET
A figura 6 apresenta o circuito de polarização de um transistor JFET de canal n.
Observa-se que para que seja possível o controle da corrente de dreno são necessárias as
seguintes condições:
VDD > 0 ou VGG < 0
O fluxo de elétrons da fonte para o dreno depende da largura do canal, isto é,
polarização reversa na porta causa aumento das regiões de depleção, diminuindo a largura do
canal e dificultando desta forma a passagem da corrente entre o dreno e a fonte (é uma região
de íons, formada pela difusão pela junção). Desta forma temos as seguintes condições:
a) LARGURA DO CANAL: depende da tensão VGG, isto é, quanto mais negativa,
maior será a região de depleção e portanto, mais estreito o canal.
b) TENSÃO DE CORTE (VGS): é a tensão suficiente para desaparecer o canal
(VGScorte) também conhecida como Tensão de Deslocamente (pinch-off).

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c) CORRENTE DE FUGA DA PORTA: Como a junção da porta opera em polarização
reversa, tem-se uma corrente baixa; desta forma, a CORRENTE DE DRENO é igual à
CORRENTE DA FONTE (ID). Esta é a causa da alta impedância de entrada dos JFET.
OBS: Como a polarização reversa entre a porta e a fonte (VGS) não consome corrente e a
largura do canal depende de VGS, o controle de ID é efetivamente feito pela tensão da porta.
1.10 – Curva de Transcondutância
A curva de transcondutância relaciona a corrente de saída com a tensão de entrada de
um JFET. Através da Equação de Schokley relaciona-se a corrente ID com a tensão VGS,
segundo uma relação quadrática:
I I
V
V
D DSS
GS
GS corte
1
2
( )
Como o JFET apresenta uma relação quadrática entre a corrente de dreno-fonte e a
tensão de controle VGS, diz-se que este dispositivo é um dispositivo de Lei Quadrática.
VGS
ID
IDss
VGS(corte)
arco de parábola
Figura 7 – Curva de Transcondutância
Na região ôhmica, o JFET apresenta a seguinte relação para a sua resistência de canal:
r
r
V
V
D
o
GS
p
1
Idmax = KV2
, onde K é uma constante especificada pelo fabricante.
O FET tem dois modos principais de operação:
1. Baixas tensões Vds, onde Vds/Ids é constante e denominado Rds. Neste modo, usa-se o
FET como um atenuador, ou como um resistor variável.

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2. Altas tensões Vds, começando em Vp (também chamado de Vgs(off)), onde Id permanece
quase constante enquando Vds é aumentado. Neste modo, usa-se o FET como amplificador ou
como fonte de corrente.
1.11 – Aplicações
11)) FFoonnttee ddee CCoorrrreennttee::
OO vvaalloorr ddee RRSS ee aa ccuurrvvaa ddoo JJFFEETT ddeetteerrmmiinnaamm aa ccoorrrreennttee IIDD..
O circuito opera o JFET fica na região ativa, ou seja, Vds> Vgscorte, isso impõe limite
ao valor de RL.
O circuito é usado em polarização, sendo freqüência dentro dos amplificadores
operacionais e outros CI's analógicos.
22)) AAmmpplliiffiiccaaddoorreess::
Na operação como amplificadores, usamos o conceito da Transcondutância, que
define o ganho dos FET's.
A Transcondutância, gm ou é a relação entre a variação na corrente Id e a variação em
Vgs que a provoca.
Nos FET, a Transcondutância é maior para tensão Vgs de polarização menor e
corrente ID maior.
Assim, o ganho é determinado pela polarização como nos bipolares e válvulas), e o
tipo de FET.
aa)) PPoollaarriizzaaççããoo:: AA ccoorrrreennttee ddee ddrreennoo ddee JJFFEETT sseegguuee aa rreellaaççããoo qquuaaddrrááttiiccaa..
RS
ID
+ VDD
RL
gm = = ID
VGS
ID = IDSS
(1 - VGS
VGS corte
(

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Os valores de IDSS e Vgscorte variam conforme o tipo e o exemplar, dentro de limites
amplos.
Uma polarização somente pode ser feita através de ajuste de trimpot, ou através de
uma fonte de corrente com bipolar.
O tipo mais comum é a aauuttooppoollaarriizzaaççããoo.
Obs.: Nos amplificadores dreno comum Rd não é usado. Ele não altera a corrente de dreno.
A corrente circula em Rs, surgindo uma queda de tensão nele. A porta está aterrada
através de Rg, e então a tensão em Rs aparece entre S e G, polarizando o JFET com uma
tensão reversa, que se opõe à corrente de dreno (Suplidouro), regulando-a através de
realimentação negativa. A corrente então fica dada pelas características do FET e o valor de
Rs.
Também se usa polarização por divisão de tensão, semelhante à usada com transistor
bipolar, mas menos exata (pouco melhor que a autopolarização).
bb)) SSuupprriiddoouurroo ccoommuumm::
É a mais usada, pois oferece ganho de tensão.
O sinal de entrada é aplicado entre a porta e o Suplidouro, e a saída colhida no dreno.
A fase é invertida.
A impedância de entrada é muito grande, já que a junção porta-suplidouro está
polarizada reversamente, circulando apenas uma desprezível corrente de fuga. Na prática, a
impedância é dada pelo resistor RE de polarização. Já a de saída é um pouco menor que RD.
O ganho de tensão é dado por:
G= - Gm RD
Seu valor na prática fica entre 3 e 30 vezes, em geral (bem menor que no bipolar).
RS + VDD
RSRG

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É comum na entrada de instrumentos de medição, e dentro de C.I. analógicos, pela alta
impedância.
Obs: Cent. pode ser omitido, em algumas aplicações. Nos amplificadores com acoplamento
direto, todos os capacitores são dispensados, mas o ganho diminui.
2 – MOSFET
O transistor MOSFET (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor) ou transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico.
A palavra "metal" no nome é um anacronismo vindo dos primeiros chips, onde as
comportas (gates) eram de metal. Os chips modernos usam comportas de polisilício, mas
ainda são chamados de MOSFETs. Um MOSFET é composto de um canal de material
semicondutor de tipo N ou de tipo P e é chamado respectivamente de NMOSFET ou
PMOSFET. Geralmente o semicondutor escolhido é o silício, mas alguns fabricantes,
principalmente a IBM, começaram a usar uma mistura de silício e germânio (SiGe) nos canais
dos MOSFETs. Infelizmente muitos semicondutores com melhores propriedades elétricas do
que o silício, tais como o arsenieto de gálio, não formam bons óxidos nas comportas e
portanto não são adequados para os MOSFETs. O IGFET é um termo relacionado que
significa Insulated-Gate Field Effect Transistor, e é quase sinônimo de MOSFET, embora ele
possa se referir a um FET com comporta isolada por um isolante não óxido.
Corte transversal de um MOSFET tipo N (NMOS).
O terminal de comporta é uma camada de polisilício (silício policristalino) colocada
sobre o canal, mas separada do canal por uma fina camada de dióxido de silício isolante.
Quando uma tensão é aplicada entre os terminais comporta (gate) e fonte (source), o campo
elétrico gerado penetra através do óxido e cria uma espécie de "canal invertido" no canal
original abaixo dele. O canal invertido é do mesmo tipo P ou tipo N, como o da fonte ou do
RS
+ VDD
RSRG
C ent. SAÍDA
ENTRADA

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dreno, assim, ele cria um condutor através do qual a corrente elétrica possa passar. Variando-
se a tensão entre a comporta e a fonte se modula a condutividade dessa camada e torna
possível se controlar o fluxo de corrente entre o dreno e a fonte.
Ele funciona de forma semelhante ao JFET, porém não necessitando das junções entre
porta (G) e canal para conduzir a corrente. A porta (G) é apenas um contato metálico isolado
do semicondutor, proporcionando uma maior impedância de entrada em relação ao JFET -
.MOSFET METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFECT TRANSISTOR.
Figura 8 – Curva de Transcondutância
2.1 – Constituição Interna e Funcionamento
O transistor MOSFET é formado de um cristal semicondutor pouco dopado, chamado
SUBSTRATO. Na parte superior do mesmo são difundidas impurezas (dopagem) formando
outro tipo de cristal semicondutor diferente do SUBSTRATO, porém bem mais dopado. Este
cristal formará as regiões da FONTE (S) e do DRENO(D).
O dreno D e a fonte S podem ser separados como no MOSFET tipo enriquecido
(Enhancement - ou tipo Indução), ou interligados, como no MOSFET tipo Depleção. O
MOSFET é constituído então de três materiais diferentes, a saber:
As camadas de Alumínio (AL) que formam os contatos metálicos; uma camada de
óxido de silício (SiO2) , que isola os contatos metálicos entre si e o corpo do transistor, feito
de material semicondutor. Observando a fig. 08, notamos que o contato da porta (G), está
isolado em relação ao restante do transistor, o que leva este transistor a ser denominado de
IGFET - ISOLATED GATE FIELD EFECT TRANSISTOR ( Transistor de Efeito de Campo
de Porta Isolada
Como vimos, tanto o dreno como a fonte, são feitos de um mesmo tipo de cristal,
diferente do cristal do substrato. Seja um MOSFET com substrato de cristal tipo P. Vimos que
o JFET, para que houvesse circulação de corrente entre dreno e fonte, era necessário colocar
uma alimentação com o terminal positivo no dreno e o terminal negativo na fonte. Se
fizermos o mesmo com um MOSFET tipo enriquecimento, veremos que não vai existir
corrente fluindo entre dreno e fonte.

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Notamos que a junção dreno substrato opera como se fosse um diodo polarizado
reversamente devido a VDS. Mesmo que invertêssemos VDS, não haveria corrente entre dreno
e fonte, pois a junção fonte-substrato, neste caso, é que estaria se comportando como um
diodo reversamente polarizado. O fato é que , se tivéssemos um canal de mesmo cristal entre
dreno e fonte, no caso N, interligando a fonte ao dreno, assim como tínhamos no JFET, a
corrente ID entre dreno e fonte poderia circular. Usamos, então um recurso com o qual
podemos criar um canal e assim sendo, controlar a corrente ID. Usamos, então um recurso
com o qual podemos criar um canal e assim sendo, controlar a corrente ID.
Quando ligamos um capacitor a uma fonte de tensão contínua, as carga positivas se
fixam na placa que está ligada ao polo positivo da fonte, e as cargas negativas, na outra placa
que está ligada ao polo negativo da fonte, criando-se então um campo elétrico entre as placas.
O número de elétrons numa placa é igual ao número de cargas positivas na outra. Baseando-
nos nestes princípios aplicamos uma tensão entre porta (G) e fonte (S), tensão VGS.
O material isolante (Óxido de Silício - SiO2) e o dielétrico e, o cristal tipo P do
substrato entre a fonte e o dreno com a placa 2 da fig. 15. Se aumentarmos VGS gradualmente,
iremos colocando cargas positivas na porta (G), como se a mesma fosse a placa 1 do
capacitor.
Este acúmulo de cargas positivas na porta cria um campo elétrico que começa a repelir
as lacunas do substrato, e a atrair os elétrons. Em que o número de lacunas existentes na
região compreendida entre fonte e dreno, torna-se igual ao número de elétrons atraídos pelas
cargas positivas. Nesta condição temos um equilíbrio momentâneo entre elétrons e lacunas.
Quando ultrapassamos este valor particular de VDS, chamado VT (Tensão de Limiar -
Threshold), o número de elétrons superará o número de lacunas. A partir deste ponto forma-se
um verdadeiro canal entre dreno e fonte, devido à presença destes elétrons (fig. 18):
Figura 8
A partir deste instante temos um canal tipo N interligando o contato metálico da fonte
com o dreno. Assim teremos um canal para a corrente ID circular, saindo do terminal positivo
de VDS , atravessando o canal N que foi formado, chegando ao terminal negativo de VDS
(sentido convencional).

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Observando a fig. 09 abaixo, vemos que ID começa a circular apenas a partir do
instante que VGS atinge o valor de Limiar chamado VT ou VGS(Limiar). A partir deste ponto
forma-se o canal e ID passa a aumentar exponencialmente com o aumento de VGS.
Figura 9
Se, agora, interligarmos o contato da fonte com o contato do substrato, como
normalmente é feito na prática, iremos melhorar o funcionamento do transistor.
Podemos notar que com este procedimento estaremos atraindo as lacunas para o
lado do substrato (SB) e, simultaneamente, repelindo os elétrons do substrato para longe do
contato SB do substrato. Assim sendo os elétrons irão mais facilmente para o canal e as
lacunas sairão mais facilmente do canal. Desse modo não será preciso aumentar tanto a
tensão VDS para se atingir a tensão de limiar VT.
Transistores idênticos aos que estamos estudando, cujos cristal da fonte e dreno são do
tipo N, são chamados de “MOSFET canal N”, evidentemente teremos os “ MOSFETs canal
P ”. A equação de ID é uma parábola com o vértice em VGS(Limiar) :
ID = K[(VGS - VGS(Limiar) ]2
(A)
K = Constante que depende do MOSFET.
As curvas fornecidas nos manuais nos traz os valores de ID(Ligado) , VGS(Limiar) e
VGS(Ligado) , como indica a fig. 20b. Substituindo estes valores na equação (A), encontramos o
valor de K. Exemplo:
ID(Ligado) = 8mA VGS(Limiar) = 3V VGS(Ligado) = 5V
Logo teremos : 0,008 = K(5 - 3)2
= 4K K = 0,002
Portanto, a equação deste transistor MOSFET será :
ID = 0,002((VGS - 3)2
(B)
ID = K[(VGS - VGS(Limiar) ]2

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2.2 – MOSFET – Tipo Deplexão
A figura 10 apresenta o diagrama construtivo de um MOSFET tipo Depleção de canal
n e o símbolo elétrico correspondente.
CONSTRUÇÃO SÍMBOLO
p
p
n
n
SS
Contatos
Metálicos
G
S
D
n
n+
n+
substrato
p
_
(substrato)
Canal n
SiO2
G
D
S
Figura – 10 - O Transistor MOSFET (canal n) tipo DEPLEÇÃO
Quanto aos aspectos construtivos destacados na figura 10, observa-se que o dispositivo
é construído sobre material semicondutor (silício) fracamente dopado (baixa concentração de
impurezas), chamado substrato (SS) e que tem com função principal a sustentação mecânica
do componente; na maioria dos dispositivos MOSFET o substrato é eletricamente conectado
ao terminal S (fonte); a porta (gate) é isolada do canal através de uma fina camada de Dióxido
de Silício (SIO2), material isolante que é um tipo de vidro e funciona como dielétrico. A
isolação promovida pelo óxido é a responsável pela altíssima impedância de entrada deste tipo
de dispositivo.
A região n (canal) tem dopagem em níveis convencionais” e as regiões n+
são
fortemente dopadas (alta concentração de impurezas). Os contatos elétricos S e D têm por
função a conexão elétrica da pastilha ao meio externo, enquanto o terminal G também tem
finalidade funcional, ao constituir a porta do dispositivo. O símbolo apresentado na figura 1
representa a porta como um terminal isolado, os terminais de dreno e fonte com acesso
externo, o substrato ligado ao terminal de fonte, e o sentido da seta simbolizando o sentido do
fluxo de portadores em um MOSFET de canal n.
2.3 – Características Importantes
Controlado por Tensão: A corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão aplicada
na porta, em contraste com o transistor BJT, cuja corrente de coletor é controlada pela
corrente de base.
Alta impedância de entrada: Para que seja possível o controle de corrente do canal tipo n é
necessário que se produza uma polarização no canal através da porta, com o transporte de
portadores da região do canal, provocando desta forma um aumento ou diminuição de
portadores nesta região; em decorrência disto obtém-se uma variação da resistência do canal.

20
Como a porta é isolada do canal através da película de óxido de silício há uma
altíssima impedância de entrada (da porta) para estes dispositivos.
a) VGS=0: Com uma polarização nula na porta, não há alteração do canal (fisicamente ou
eletricamente) e a corrente que flui pelo canal é devida aos elétrons livres, da mesma forma
que ocorre nos transistores JFET.
b) VGS<0: Aplicando-se uma tensão negativa na porta estabelece-se um campo elétrico no
material dielétrico de modo que os elétrons do canal são repelidos em direção do substrato e
as lacunas do substrato são atraídas, ocorrendo recombinação de portadores e causando uma
diminuição do número de elétrons livres no canal. Quanto mais negativa for a tensão VGS,
menor a corrente entre o dreno e a fonte (IDS).
c) VGS>0: Ao aplicar-se uma tensão positiva na porta, estabelece-se um campo elétrico que
arrasta os portadores livres do substrato (corrente de fuga), criando-se assim, novos
portadores de corrente no canal a partir das colisões resultantes, e em decorrência disto há um
aumento na capacidade de condução de corrente no canal; isto é chamado de operação no
modo intensificação.
CURVAS DE DRENO
VGS = 0
V DS
ID
Vp
GS(off)V
IDss
VGS > 0
VGS < 0
modo intensificação
modo depleção
Figura 11 – Curvas de Dreno do MOSFET
VGS
I D
VGS(off)
modo intensificaçãomodo depleção
Figura 12 – Curva de Transcondutância do MOSFET

21
2.4 – MOSFET – Tipo Intensificação (Enhancement)
CONSTRUÇÃO SÍMBOLO
p
p
n
n
SS
Contatos
Metálicos
G
S
D
n+
n+
substrato
p
_
(substrato)
sem canal
SiO2
G
D
S
Figura 13 – O MOSFET intensificação (canal n)
Quanto aos aspectos construtivos destacados na figura 13, valem as mesmas
observações do MOSFET tipo Depleção, exceto o fato de não haver canal por dopagem; este
tipo de dispositivo não tem a região do canal n, o qual é produzido por indução de portadores
no próprio substrato p-
.
a) VGS 0: Aplicando-se uma tensão diferente de zero entre dreno e fonte (VDS 0) não haverá
corrente circulando entre estes terminais (IDS), uma vez que as junções pn estarão polarizadas
reversamente e no substrato não há portadores livres suficientes para estabelecer fluxo de
corrente.
b) VGS>0: Aplicando-se uma tensão positiva na porta estabelece-se um campo elétrico tal que
os elétrons do substrato (portadores minoritários) são atraídos próximo à região de gate e as
lacunas (portadores majoritários) são repelidas; os elétrons próximos do óxido de silício
(SiO2) estarão mais concentrados quanto maior for o valor de VGS, até permitir o fluxo de
corrente entre o dreno e a fonte, se houver tensão VDS aplicada. Quanto maior for o valor de
VGS, maior será a corrente ID .
Observação: A tensão VGS que permite o fluxo de corrente IDS é chamada de Vt (tensão de
limiar) ou VGS(TH) (Threshold VGS). Para valores de tensão menores do que este, não há
corrente de dreno-fonte.
2.5 – VMOS-FET (MOSFET de Construção Vertical)

22
substraton+
SiO2
SGS
D
n+
p n+
p
comprimento
efetivo do canal
Figura 14 – O MOSFET tipo V (construção vertical)
Quanto aos aspectos construtivos destacados na figura 14, valem as mesmas
observações do MOSFET tipo Intensificação, com a construção sendo vertical (não-planar);
este tipo de construção permite um canal mais largo, com conseqüente maior capacidade de
corrente (dispositivos de maior potência). Outra vantagem deste tipo de construção é a menor
resistência de canal
O funcionamento é idêntico ao MOSFET intensificação.
2.6 – Particularidades dos Transistores MOSFET
1) Altíssima impedância de entrada (no JFET por causa da polarização reversa, no MOSFET
por causa da isolação promovida pelo óxido);
2) Acúmulo excessivo de cargas nas extremidades da finíssima camada de óxido de silício,
estabelecendo uma ddp que pode danificá-la. É necessário manter os terminais do
MOSFET em curto até o momento da inserção do componente no sistema.
Temos ainda que ressaltar a sua alta sensibilidade a eletricidade estática. Num
MOSFET sem proteção, se tocarmos com os dedos nos seus terminais, iremos danificar a
camada isolante de óxido metálico. Alguns tipos de transistores já possuem proteção interna.
2.7 – Exemplo de Aplicações em Circuitos de Telecomunicações
a) Circuito misturador :

23
b) Estágio amplificador sintonizado :
CONCLUSÃO
Verificamos as características dos transistores JFET e MOSFET. Comparando com os
transistores BJT que estudamos até aqui, os FET’s apresentam:
 Alta impedância de entrada, bem mais alta que os BJT
 As correntes de entrada são muito mais baixas que os BJT
 O ganho é bem menor que um BJT
Os JFET’s são usados nos casos em que um BJT não funciona de forma conveniente,
como quando a corrente de fuga para a base de um BJT é muito alta.
Para aplicações de lógica digital, o uso de FET’s é importante, já que eles podem ser
muito mais rápidos e dissipam menos potência. A maioria dessas aplicações, contudo, usa
MOSFET’s, que possuem impedâncias de entrada ainda maiores que os JFET’s.
BIBLIOGRAFIA
MALVINO, Albert Paul. Eletrônica Vol. I, 4º ed. São Paulo, Makron Books, 1997.
KOSOV,I.L - Máquinas Elétricas e transformadores. 4ª edição. Editora Globo, Rio de
Janeiro/RJ.1982.
BERTOLI, Roberto Angelo. Eletrônica. Departamento de Eletro-Eletrônica. Colégio Técnico
de Campinas – UNICAMP.
Relação de sites:
http://www.ufv.br/dpf/320/JFET.pdf - Acesso em 14/02/2009

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