13 - Transistores de Efeito de Campo

Prévia do material em texto

Capítulo 13
+
TRANSISTORESDEEFEITODECAMPO
o transistor bipolaré o esteio da eletrônica linear. O seu funcionamento baseia-se em
dois tipos de cargas: elétrons e lacunas. Por isso ele é chamado bipolar (o prefixo bi
significa11dois"). Para a maioria das aplicações lineares, o transistor bipolar é a melhor
escolha. Mas há algumas aplicações nas quais um transistorunipolarse adapta melhor.
O funcionamento de um transistor unipolar depende apenas de um tipo de carga, de
elétrons ou de lacunas. Por isso é chamado unipolar (o prefixo uni significa "um").
O transistorde efeitode campo(FET- field effecttransistor)é um exemplo de um
transistor unipolar. Este capítulo discute os três FETsbásicos, suas estruturas e como
funcionam. As semelhanças entre o FET e o transistor bipolar são maiores que suas
diferenças. Por isso, quase tudo o que você aprendeu até agora sobre transistores
bipolares aplica-se aos FETscom certas restrições.
Após o estudo deste capítulo você deverá ser capaz de:
~ Descrever a construção básica de um JFET e desenhar um diagrama
mostrando como ele geralmente é polarizado.
~ Identificar e descrever as regiões significativas nas curvas de dreno e
transcondutância de um JFET.
~ Calcular a tensão de constrição proporcional e determinar em qual região
um JFET está trabalhando.
548
Cap.13 Transistores de efeito de campo 549
t
~ Ilustrar a construção e descrever o funcionamento de um MOSFET do
tipo depleção.
~ Ilustrar a construção e descrever o funcionamento de um MOSFET do
tipo intensificação.
13.1 oJFET
o primeiro tipo de transistor que discutiremos é o FET dejunção, abreviado como JFET.
Aqui está a idéia básica por trás de um FET.A Figura 13.1amostra um pedaço de um
semicondutor tipo n. Isso não é um JFET,mas é o primeiro passo para a construção de
um JFET. A extremidade inferior é chamada fonte e a superior, dreno. A tensão de
alimentação VDD força os elétrons livres a fluírem da fonte para o dreno. Estes elemen-
tos de um JFET são análogos ao emissor e ao coletor de um transistor bipolar.
Para construir um JFET,um fabricante difunde duas áreas de semicondutor
tipo p no semicondutor tipo n, como mostrado na Figura 13.1b. Cada uma dessas
regiões p é chamada porta.Quando o fabricante conecta um terminal para cada porta, o
dispositivo é chamado JFETde portadupla. O principal uso de um JFET de porta dupla
é com um misturadorde sinais (mixer), um circuito especial usado em equipamentos de
comunicação.I
r A maioria dos JFETs tem as duas portas interconectadas internamente paraobter um único terminal de porta externo, como mostrado na Figura 13.1e. Como as
duas portas estão sempre no mesmo potencial, o dispositivo funciona como se ele
tivesse apenas uma única porta. Vamos nos concentrar no JFET de porta simples no
restante deste capítulo porque ele é mais usado do que um JFET de porta dupla. A
propósito, a porta de um JFET é análoga à base de um transistor bipolar.
Na Figura 13.1e,a porta é uma região p, enquanto a fonte e o dreno são regiões
n. Por isso, um JFET é parecido com dois diodos. A porta e a fonte constituem um dos
diodos, e a porta e o dreno constituem o outro. Daqui por diante vamos nos referir a
esses diodos como diodoporta-fontee diodoporta-dreno.Como os JFETssão dispositivos
de silício, eles necessitam de apenas 0,7 V de polarização direta para obter uma
corrente significativa em qualquer diodo.
Há uma forte analogia entre o transistor bipolar e o JFET. Por causa dessa
analogia, muitas das fórmulas que descrevem circuitos com JFETnada mais são do que
fórmulas para um bipolar escritas para as grandezas de um JFET.Por isso, enfatizare-
mos a similaridade entre bipolares e JFETssempre que possível.
Por exemplo, a primeira analogia a observar são as três regiões:
550 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
Bipolar
Emissor
Base
Coletor
JFET
Fonte (S - source)
Porta (G- gate)
Dreno (0- drain)
DRENO
+
- VDD
PORTA
1
n n
n
n n
FONTE
(a) (b) (c)
Figura13.1 (a) Parte de um JFET; (b) JFET de porta dupla; (c) JFET de porta simples.
Por causa dessas regiões similares, muitas das fórmulas do JFETsão fórmulas disfarça-
das para bipolares. A idéia principal é mudar os subíndices, como segue:
Bipolar
E
B
C
JFET
S
G
D
Por exemplo, em vez da corrente cc de emissor IE'um JFETtem uma corrente
cc de fonte 15'Em vez da corrente cc de base IB'ele tem uma corrente cc de porta lc. Em
vez da corrente cc de coletor le, ele tem uma corrente cc de dreno ID'
13.2 oJFETPOLARIZADO
A Figura 13.2amostra a forma comum de se polarizar um JFET.Observe com atenção
que isso é claramente diferente do modo como polarizamos um transistor bipolar. Veja
se você pode identificar qual é a diferença específica antes de continuar Oestudo.
-'"----
J
~
I
,.'
I
1
Cap.13 Transistores de efeito de campo 551
CorrentedePorta
A grande diferença é: em um transistor bipolar polarizamos diretamente o diodo
base-emissor, porém, em um JFET, sempre polarizamosreversamenteo diodo porta-fon-
te.Por causa da polarização reversa, apenas uma pequeníssima corrente reversa pode
existir no terminal da porta. Como uma aproximação, a corrente de porta é zero.
Algebricamente,
IG = O
DRENO
n
n
+
- Voo
Vee --
+
FONTE
(a) (b)
Figura 13.2 (a) Polarização comum; (b) camadas de depleção.
Se um dispositivo não tem corrente de entrada, o que isso lhe diz em relação
à resistência de entrada dele? Isso lhe diz que o dispositivo tem uma resistência de
entrada infinita. .
Por exemplo, se VGG = 2 V e IG = O,a resistência de entrada é
2V -00
RIN = O -
A realidade é que Ic não é absolutamente zero, então a resistência de entrada
não é absolutamente infinita. Mas ela é bastante alta. Um JFET típico tem uma resis-
tência de entrada de centenas de megaohms. Essa é a grande vantagem que um JFET
tem sobre um transistor bipolar. Ela é a razão dos JFETspredominarem em aplicações
nas quais uma alta impedância de entrada é necessária. Uma das aplicações mais
importantes de um JFET é o seguidordefonte, um circuito que é análogo ao seguidor de
emissor, exceto que a impedância de entrada é de centenas de megaohms para baixas
freqüências.
552 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
Efeitode Campo
o termo efeitodecampoestá relacionado às camadas de depleção em torno de cada
região p, como mostrado na Figura 13.2b.As junções entre cada região p e as regiões n
têm camadas de depleção porque os elétrons livres se difundem a partir das regiões n
para as regiões p. A recombinação dos elétrons livres com as lacunas cria então cama-
das de depleção mostradas pelas áreas sombreadas da Figura 13.2b.
Quando os elétrons circulam da fonte para o dreno, eles têm de passar através
do estreitocanalentre as duas camadas de depleção.Quanto mais negativa for a tensão
da porta, mais apertado o canal se torna. Em outras palavras, a tensão da porta pode
controlar a corrente através do canal. Quanto mais negativa a tensão da porta, menor a
corrente entre a fonte e o dreno.
Como a porta de um JFET é reversamente polarizada, em vez de uma polari-
zação direta, o JFET funciona como um dispositivocontrolado por tensãoe não como um
dispositivo controlado por corrente. Em um JFET,a grandeza na entrada de controle é
a tensão entre porta e fonte, VGS' Alteraçõesem VGSdeterminam quanto de corrente
pode fluir da fonte para o dreno. Isso é claramente diferente de um transistor bipolar,
onde a grandeza na entrada de controle é a corrente de base, IB'
Na Figura 13.2a, a tensão de alimentação no dreno é positiva e na porta é
negativa. Por isso, a tensão entre a porta e o dreno é negativa. Portanto, o diodo
porta-dreno é reversamente polarizado. Como você vê, os dois diodos em um JFETsão
reversamente polarizados para um funcionamento normal. Não há exceções.
ComoEleFunciona
No momento em que a tensão de alimentação de dreno é aplicada ao circuito, os
elétrons livres começam a circular da fonte para o dreno. Esses elétrons livres têm de
passar através do estreito canal entre as camadas de depleção. A tensão da porta
controla a larguradesse canal. Quanto mais negativa a tensão da porta, mais estreito é
o canal e menor é a corrente de dreno. .
Quase todos os elétrons livres passam através do canal em direção ao dreno.
Por isso,
ID = Is
-
~
Cap.13 Transistores de efeito de campo 553
o Preço
Algumas vezes, o ponto forte de um dispositivo é também a sua fraqueza. O JFETtem
uma impedância de entrada quase infinita, porém o preço pago por isso é uma perda
de controle sobre a corrente de saída. Em outras palavras, um JFETé menos sensível às
variações na tensão de entrada do que um transistor bipolar. Em praticamente
qualquer JFET,a variação de 0,1Vem VGS produz uma variaçãona correntede dreno
menor que 10mA. Porém,em um transistor bipolar,a mesma variação em VBEproduz
uma variação na corrente de saída muito maior do que 10 mA.
O que isso significa? Significa que um amplificador JFET tem um ganho de
tensão muito menor do que um amplificador bipolar. Por isso, a primeira regra de
projeto que conduz esses dois dispositivos é: use transistores bipolares para grandes
ganhos de tensão e JFETspara altas impedâncias de entrada. Muitas vezes, um proje-
tista combina um JFET e um transistor bipolar para obter o melhor resultado. Por
exemplo, o primeiro estágio pode ser um seguidor de fonte com JFET e o segundo
estágio, um amplificador EC com transistor bipolar. Isso nos dá um amplificador de
múltiplos estágios com uma alta impedância de entrada e um alto ganho de tensão.
SímboloEsquemático
O JFET que discutimos é chamado ]FET canal n porque o canal entre as camadas de
depleção é feito com um semicondutor do tipo n. A Figura 13.3 mostra o símbolo
esquemático para um JFET canal n. Em muitas aplicações de baixa freqüência, a fonte
e o dreno são intercambiáveis porque você pode usar uma das extremidades como
bnte e a outra como dreno.
,.,.-. DRENO
PORTA
FONTE
Figura13.3 Símbolo esquemático para um JFET canal n.
Embora qualquer uma das duas extremidades da maioria dos JFETspossa ser
usada como fonte em baixas freqüências, o mesmo não é verdadeiro para altas freqüên-
cias. Quase sempre, o fabricante minimiza a capacitância interna do lado do dreno do
554 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
JFET. Você aprenderá mais sobre capacitância interna mais tarde. Tudo o que você
precisa saber agora é: a capacitância entre a porta e o dreno é menor do que a
capacitância entre a porta e a fonte.
Existe também um JFET canal p. Ele consiste de material tipo p com ilhas
difundidas de material tipo n. O símbolo esquemático para um JFET canal p é similar
àquele para o JFET canal n, exceto que a seta na porta aponta do canal para a porta. O
funcionamento do JFET canal p é complementar, o que significa que todas as tensões e
correntes são inversas.
Exemplo13.1
O Apêndice mostra a folha de dados do MPFI02, um JFET canal n largamente
usado. Qual é a resistência cc de entrada desse dispositivo?
Solução
Se você examinar a folha de dados do MPFI02, encontrará esta especificação para a
corrente reversa da porta:
nA
Esse valor é dado para VGS ..15 V e VDS ..O.A resistência cc de entrada do
dispositivo é
R 15V
,.'. ent"" .2 ..
.:
,
.. 7,5 ...", :109)nA ~ 7.50QMQ
Por comparação, um transistor bipolar com corrente de 'base de 10 !-tAtem uma
resistência cc de entrada de
R . O,ZV
en~.:=lO!p..À"
Esses números mostram a sup~rioridade esmagadora de um JFET em relação à
resistência cc de entrada.
..70UkQ
13.3 CURVASDEDRENO
A Figura 13.4 mostra um JFET com tensões de polarização normais. Nesse circuito, a
tensão porta fonte VGS é igual à tensão de alimentação VGG'e a tensão dreno-fonte VDS
é igual à tensão de alimentação VDD'
.
-
--.~.
1
Cap.13 Transistores de efeito de campo 555
CorrentedeDrenoMáxima
A corrente de dreno máxima de saída de um JFET ocorre quando a tensão porta-fonte
é zero, como mostrado na Figura 13.4b.Aqui, você vê a tensão de alimentação da porta
substituída por um curto-circuito, o qual garante que
VGG--
+
Figura13.4
V GS = O
Vos Vos
+
-Voo
+
- Voo
(a) (b)
Io
PORTA CURTO-CIRCUITADA
Ioss
Vos
Vp VOS(máx)
(c)
(a) Polarização normal para JFET; (b) tensão de porta zero; (c) corrente de
dreno com porta curto-circuitada. '
A Figura 13.4cmostra o gráfico correspondente à corrente de dreno 10 versus
a tensão dreno-fonte Vos. Observe a similaridade com a curva do coletor. A corrente de
dreno aumenta rapidamente no início e em seguida nivela-se, tornando-se pratica-
mente horizontal. Na região entre Vp e VOS(máx)'a corrente de dreno é praticamente
constante. Se a tensão de dreno é muito grande, o JFET se rompe como mostrado.
556 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Capo13
Semelhante a um transistor bipolar, um JFET funciona como uma fonte de
corrente quando está operando ao longo da parte quase horizontal da curva de dreno.
Essa parte está entre a tensão mínima Vp e a tensão máxima VDS(máx)'A tensão mínima
Vp é chamada tensão de constrição ou estrangulamento, e a tensão máxima VDS(máx)é
chamada tensão de ruptura. Entre as tensões de constrição e ruptura, o JFET funciona
aproximadamente como uma fonte de corrente com um valor de IDSS'
I DSSsignifica a corrente de dreno para fonte com a porta curto-circuitada, e
IDss é a corrente de dreno máxima que um JFET é capaz de produzir. Todas as folhas de
dados para JFETsfornecem o valor de IDSS'Essa é uma das mais importantes grandezas
de um JFET, e você sempre deve olhar para ela porque lhe dá a limitação de corrente de
um JFET. Por exemplo, o MPFI02 tem um IDss típico de 6 mA. Isso lhe diz que, não
importa qual o projeto, a corrente de dreno estará entre O e 6 mA para um MPFI02
típico.
Tensõesde Constriçãoou Estrangulamento(Pinchoff)e de Corteda
Porta
A Figura 13.5mostra um conjunto de curvas para um JFET com um IDSSde 10 mA. A
curva decimaépara VGS= O.A tensãodeconstriçãoéde4 V ea tensãoderuptura éde
30 V. A próxima curva abaixo é para Ves = -1 V, e a próxima para VGS = -2 V, e
assim por diante. Conforme você pode observar, quanto mais negativa a tensão porta-
fonte, menor a corrente de dreno.
ID
ves =o
10 mA~-
I
I
I
I
I Ves = -1
5,62 mA
2,5 mA
0,625 mA
I
I Ves=-2
v;;;:-:3 Ves =-4
30 VDs4 15
Figura 13.5 Curvas de dreno.
A curva de baixo é especialmenteimportante. Observeque um VGS de -4 V
reduz a corrente de dreno a praticamente zero. Essa tensão é chamada tensãodecorte
porta-fonte. Nas folhas de dados, ela é simbolizada como VGS(off)'Que significa VGS
(desligado) ou VGS(corte). Na Figura 13.5,observe que
~ I
~i'"
Cap.13 Transistores de efeito de campo 557
V GS(off) = -4 V e Vp = 4 V
Isso é uma coincidência? Nem tanto. Por razões avançadas, nas quais não
entraremos em detalhes, o módulo dessas duas tensões é sempre igual. Isso deve ser
memorizado porque muitas folhas de dados fornecem um valor, porém não fornecem
o outro. Isso ocorre porque supõe-se que essas duas tensões são iguais em módulo.
Dar-lhe um dessesvalores significa dar-lhe o outro. Por exemplo, a folha de dados de
um MPF102 dá
VGS(off) = -8 V
para a tensão de corte porta-fonte. Embora o valor da tensão de constrição ou estran-
gulamento não seja dado, sabemos automaticamente que Vp = 8 V.
Aqui está uma nota formal de como a tensão de corte porta-fonte relaciona-se
com a tensão de constrição
VGS(off) = -V p (13.1)
Isso diz que a tensão porta-fonte é igual ao negativo da tensão de constrição.
A RegiãoÔhmica
Na Figura 13.5,a tensão de constrição é a tensão onde a curva de dreno mais alta muda
de praticamente vertical para praticamente horizontal. Essaéuma tensão muito impor-
tante, porque ela separa as duas principais regiões de operação do JFET.A parte quase
vertical da curva do dreno é chamadaregiãoôhmica,equivalente à região de saturação
de um transistor bipolar. Quando opera na região ôhmica, um JFETfunciona como um
pequeno resistor com um valor de aproximadamente
Vp
RDS = IDSS
(13.2)
13.4 A CURVADETRANSCONDUTÂNCIA
A curva de transcondutânciade um JFET é um gráfico da corrente de dreno versus a
tensão porta-fonte, ou IDversus VGS'Lendo os valores de ID e de VGSna Figura 13.5,podemos traçar a curva de transcondutância mostrada na Figura 13.6a.Em geral, a
curva de transcondutância de qualquer JFETterá a mesma forma quea daFigura 13.6a,
apenas os números serão diferentes.
558 Eletrônica - 4BEdição - Volume 1 Cap.13
Exemplo13j
Asfo1ha$
V.Quá!Ia,
Solução
Exemplo'!.!
No
dreno
Solução
A resistência
máxima:
A Figura 13.6bmostra como a curva de transcondutância de qualquer JFETirá
se apresentar. Por que é assim? A física por trás do funcionamento do JFET é a mesma
para todos os JFETs.Apenas o tamanho das regiões dopadas, o nível de dopagem etc.
mudam de um JFETpara outro. Por isso todos os JFETstêm uma curva de transcondu-
tância que é o gráfico da seguinte equação:
(
VGS
]
2
ID = IDSS 1 - VGS(off)
(13.3)
~ 11.
"I;i
1
"'
I
I
!f.'
1
JI
Cap.13 Transistores de efeito de campo 559
Iv Iv
10 mA Ivss
Ves
Vvs = 15V
5,62 mA
2,5 mA
0,625 mA Ves
Ves(off)-4 -3 -2 -1 O
(a) (b)
Figura 13.6 Curva de transcondutância.
Essa equação pode ser deduzida com conhecimentos de física e de matemá-
tica avançados. Não mostraremos a dedução porque ela é muito complexa.
Com a Equação (13.3)podemos calcular a corrente de dreno dada, a corrente
de dreno máxima, a tensão de corte porta-fonte e a tensão da porta. Essa é a forma
algébrica para determinar a corrente de dreno. Por outro lado, algumas folhas de dados
incluem gráficos como o da Figura 13.6a.Neste caso, você não tem de usar a Equação
(13.3). Você pode ler os valores da corrente de dreno diretamente do gráfico. Esse é o
modo gráfico de determinar a corrente de dreno.
Por exemplo, a Figura 13.6a é boa para uma resposta rápida e aproximada.
Vocêpode ver rapidamente que a corrente de dreno máxima é de 10 mA e a tensão de
corte porta-fonte é de -4 V. Entre esses pontos extremos no gráfico, você pode ver que
o gráfico é não-linear. Na verdade, a forma desse gráfico é parte de uma parábola,uma
curva que existe quando grandezas são elevadas ao quadrado. A grandeza que multi-
plica IDSSna equação já mencionada é o fator K, dado por
[
VGS
)
2
K = 1 - VGS(off)
(13.4)
Usaremos o fator K em discussões mais adiante. Por enquanto, note que
podemos reescrever a Equação (13.3)como
ID = KIDSS (13.5)
Se temos o valor de K para qualquer circuito, podemos calcular rapidamente o valor da
corrente de dreno, dada a corrente de dreno máxima.
560 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
A propósito, quadráticoé um outro nome para parabólico. Por isso, os JFETs
são muitas vezes chamados dispositivos quadráticos.E essa é outra grande diferença
entre um transistor bipolar e um JFET. A propriedade quadrática dá aos JFETsuma
vantagem a mais sobre os transistores bipolares quando se trata de misturadores-
circuitos usados em equipamentos de comunicação.
Exemplo 13.4
Suponha que um }FETtenhaiÍDS'$ mAe VC;S(off)""-~V.CaIcu1e a corrente de
dreno para uma tensão porta-fonte de -1 V.
Solução
Com a Equação (13.4),voc~podeçalqular otator KçoJ1lo~gtte:
(
lV
)
2
K ,;= ..I,ijii, ".,.".
,
.
.., '
.
.
'.
=, 0,6..6.,. 72, .= O.'.,. 44.5,.
.. 3V .,. ,.
Agora, multiplique o fâtorK ~IDriÍvS5para âbte~ aoorrentede!dreno.
ID ..0,445(7 mA) = 3,12 mA
13.5 APROXIMAÇÕESPARAOJFET
Como no caso dos transistores bipolares, análises precisas de circuitos com JFET são
desnecessárias. A diversificação na produção é ainda pior para o caso do JFET do que
para transistores bipolares. Por exemplo, um 2N3904 tem valores de mínimo e máximo
de 100 a 300, uma variação de 3:1. Um MPFI02 tem valores de IDSSmínimo e máximo
de 2 e 20 mA, uma variação de 10:1. Quando você tem uma variação muito alta como
de 10:1,o único método sensato é o das aproximações razoáveis.
o JFETIdeal
Neste momento, discutiremos duas aproximações cc para um JFET qualquer. As duas
aproximações são deduzidas como seguem: se um fabricante produzisse um JFET
ideal, aqui está o que aconteceria com as curvas da Figura 13.5. Primeiro, não haveria
região de ruptura. Segundo, todas as curvas de dreno sobreporiam-se na região ôhmi-
ca. Terceiro, toda as curvas de dreno seriam horizontais na região de fonte de corrente.
:::- -
--
J ~
Cap.13 Transistores de efeito de campo 561
A Figura 13.7 mostra as curvas de dreno de um JFETideal e uma reta de carga
cc típica. O JFET ideal tem duas regiões principais de operação: a região ôhmica
(saturação) e a região de fonte de corrente (ativa). A região ôhmica do JFETé altamente
desejável porque ela pode ser usada em todos os tipos de aplicações de comutação
analógica. Essa é a razão de termos incluído a parte quase vertical das curvas de dreno
na Figura 13.7. Quando queremos que um JFET funcione como um resistor, temos de
assegurar a saturação do JFET e que o seu ponto de operação seja colocado sobre a
parte quase vertical das curvas de dreno. Porém, quando queremos que um JFET
funcione como uma fonte de corrente, temos de assegurar que o ponto de operação seja
colocado sobre a parte horizontal da curvas de dreno.
10
Ioss ~ --
VDD
Ro
VeS = O
Ves = Ves(off)
Vp Voo
Vos
Figura13.7 Reta de carga.
+ +
Ves Res Kloss Vos Ves Res Ros Vos
+ +
~
(a) (b)
Figura 13.8 (a) Modelo de fonte de corrente; (b) modelo ôhmico.
Como há duas regiões principais de funcionamento, precisamos de dois
modelos básicos ou circuitos equivalentes para descrever o funcionamento cc. Pri-
meiro, fazemos a aproximação de um JFET pelo modelo cc mostrado na Figura 13.8a.
Como você vê, o lado da entrada do JFET tem uma resistência cc de entrada de Rcs. Se
necessário, você pode fazer uma estimativa do seu valor obtendo a razão entre os
valores .de Vcs e IGS fornecidos pelas folhas de dados. Porém, na maior parte das
vezes, você pode desprezar Rcs porque ela é quase infinita.
562 Eletrônica - 4gEdição - Volume 1 Capo13
No lado da saída da Figura 13.8a,o JFETfunciona como uma fonte de corrente
de KIoss. Esse é o modelo ccque podemos usar quando o JFETfunciona na região ativa.
Lembre-se de que a tensão de constrição ou estrangulamento é o ponto de referência
nesse caso. Quando Vos é maior que Vp, o JFET funciona como uma fonte de corrente
para qualquer tensão da porta. Dados Ioss e VGS(off),podemos calcular o valor de K
para qualquer VGSde tensão de entrada.
A Figura 13.8b mostra um segundo modelo para um JFET. Esse é o modelo
ôhmico, porque ele é válido todas as vezes que o JFETestá funcionando na parte quase
vertical das curvas de dreno. Note que o JFETnão é mais uma fonte de corrente no lado
da saída. Ao contrário, ele funciona como uma resistência de Ros. Vocêpode fazer uma
estimativa do valor de Ros pela divisão de Vp por Ioss.
Tensãode ConstriçãoProporcional
A tensão de constrição na Figura 13.7 separa a região ôhmica da região ativa quando
VGS é zero. Quando VGS não é igual a zero, podemos usar a tensão de constrição
proporcionalcomo nosso guia. Simbolizada por V~, essa tensão está na fronteira entre a
região ôhmica e a região de fonte de corrente para qualquer valor de VGS' Essa
grandeza é dada por
V~ = 10 Ros (13.6)
Veja como você usa essa equação: primeiro, calcule Ros dividindo Vp por Ioss. Em
seguida, multiplique Ros pela corrente de dreno atual para determinar o valor de V~.
Esse valor está no limite entre as duas regiões de funcionamento.
A Figura 13.9 mostra-lhe por que a Equação (13.6) é válida. Aqui você vê a
região ôhmica de um JFETideal. O ponto mais alto da região ôhmica tem coordenadas
Ioss e VP.O outro ponto representa qualquer ponto da região ôhmica. As coordenadas
de qualquer ponto da região ôhmica são 10 e Vp. Por meio de geometria básica, você
pode ver esta relação proporcional:
v' VpP
ID - Ioss
Porém, isso é equivalente a
v'
~ = Ros
ID
~
~)
I
I
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 563
Se você resolver isso para V~, obterá a Equação (13.6).
ID
IDss ~-------
VDS
Vi> Vp
Figura13.9 Tensão de constrição proporcional.
Os projetistas usam o JFET de duas formas básicas: como um resistor e como
uma fonte de corrente. Quando você analisa circuitos com JFET,tem de identificar de
que forma o JFETestá sendo usado. Então, saberáse usa o modelo de fonte de corrente
(Figura 13.8a)ou o modelo ôhmico (Figura 13.8b). Aqui está o processo para decidir
que modelo usar:
1.
2.
Divida Vp por IDss para obter RDS.
Multiplique ID por RDS para obter Vp.
3. Se VDS > Vp, use o modelo de fonte de corrente.
4. Se VDS < Vp use o modelo ôhmico.
,J
AnalisandoCircuitoscomJFET
Estamos a ponto de analisar vários circuitos com JFET.Antes de fazê-Io, vamos resumir
as grandezas e equações importantes de que precisamos. Para começar, devemos ter
IDSS e VGS(off)'Sem elas, você não tem informações suficientes para analisar os circuitos.
Dependendo de como a análise se desenvolve, você precisará de algumas ou de todas
as fórmulas úteis, como segue:
Vp = - VeS(off) (13.7)
Vp
RDS = IDSS
(13.8)
564 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
(
Ves
)
2
K = 1 - VeS(off)
(13.9)
ID = KIDSS (13.10)
Vp = ID RDS (13.11)
ReduçãoaoAbsurdo
Você já conhece a redução ao absurdo, que foi introduzida com transistores bipolares.
Lembre-se da idéia básica. Quando você não está seguro sobre qual região de. um
dispositivo está funcionando, admita urna região de operação e veja se os seus cálculos
apresentam um resultado absurdo ou contraditório. Nesse caso, você sabe que o
dispositivo não pode funcionar na região admitida.
Se você está analisando um circuito com JFET e não está seguro da sua região
de funcionamento, então proceda assim:
1.
2.
Admita a região de fonte de corrente.
Faça os seus cálculos.
3.
4.
Se aparecer urna resposta absurda, a região admitida é falsa.
Mude para a região ôhrnica.
Os exemplos seguintes ilustram esses passos e ajudam a levantar todas as idéias desta
seção.
Exemplo13.5
Na Figura t.3.10/quaLg;~ens~~h~e
Solução
Admita que o JFET funciona corno urna fonte de corrente. Como a tensão da porta é
zero, a corrente de dreno está no seu valor máximo, 10 mA. A Figura 13.11a mostra
o circuito equivalente para oQÍ!rCuitQPdodr!;1JI~Q.Pa;~íilnta,!1;itensãQdreno~fante ~.
VG~:~zerQffi
VDS = 10V - (10mA)(360 Q) = 6,4V
Uma vez que VGS(off)= -4 V, a tensão de conscrição Vp é 4 V. Como VDSé maior
que 4 V, a região de funcionamento admitida coma fonte d~ corrente está correta.
~
...r
I
~
). '",
\
Cap.13 Transistores de efeito de campo 565
360 Q
IDss =10 mA
Ves(off)=-4 V
+
llOVVesI"- - -
Figura13.10 Exemplo.
- -
-lOV
1-
(a) (b)
Figura 13.11 Circuitos equivalentes.
o cálculo para vos é idêntico ao cálculo para VCE em um transistor bipolar,
exceto pela mudança do subíndice. Aqui está como o cálculo se apresenta como uma
fórmula para JFET:
VDS = VDD - ID RD (13.12)
A fórmula para o bipolar correspondente é
VCE = Vcc - Ic Rc
As duas equações têm o mesmo formato, diferindo apenas em seus subíndices.
Esse é um exemplo do que queremos dizer por meio de uma analogia.
Quando sistemas antigo e novo são regidos pelas mesmas leis fundamentais, suas
equações finais são aparentemente iguais. Se você já conhece muito a respeito do
sistema antigo, não precisa redescobrir tudo para o sistema novo. Você pode levar
vantagem nas similariedades do sistema antigo para entender o sistema novo.
360 Q
10mA -==-10V <400Q
1-- -- -
566 Eletrônica - 4u Edição - Volume 1 Cap.13
A analogia entre circuitos com bipolar e com JFET nos dá todos os tipos de
atalhos úteis para resolver os circuitos novos para JFET com os métodos antigos para
bipolar. Como as leis de Ohm e Kirchhoff são as leis fundamentais por trás dos circuitos
com bipolar e JFET, muitas equações para JFET não são mais do que equações para
bipolar com os seus subíndices mudados como segue:
Bipolar
E
B
C
JFET
S
G
D
Devido à analogia entre bipolares e JFET,você verá que muitas das fórmulas
novas para JFET são fáceis de ser lembradas.
~1,
,...,
1
i
I
I
r
I
I
<I
I
I
I
l
.' 10
\
,
('
to
a,
Capo13 Transistores de efeito de campo 567
Exemplo 13.f'
e
13.6 o MOSFETDEMODODEPLEÇÃO
o FET deóxido desemicondutor e metal, ou MOSFET, tem uma fonte, uma porta e um
dreno. Contudo, ao contrário de um JFET,a porta está eletricamente isolada do canal.
Por isso, a corrente de porta é extremamente pequena, mesmo que a porta sejapositiva
ou negativa. O MOSFET é algumas vezes chamado IGFET, que quer dizer FET de porta
isolada.
568 Eletrônica - 4a Edição - Volume 1 Cap.13
A Idéia Básica
A Figura 13.12 mostra um MOSFET de modo depleção canal n. Ele é uma parte de
material tipo n com uma região p à direita e uma porta isolada à esquerda. Os elétrons
livres podem fluir da fonte para o dreno através do material n. A região p é chamada
substrato (ou corpo).Os 'elétrons que fluem da fonte para o dreno têm de passar através
do estreito canal entre a porta e a região p.
A fina camada de dióxido de silício (SP2) é depositada no lado esquerdo do
canal. Dióxido de silício é o mesmo que vidro, que é um isolante. Em um MOSFET,a
porta é metálica. Como a porta metálica está isolada do canal, um valor insignificante
de corrente de porta flui mesmo quando a tensão da porta é positiva.
DRENO
n
Figura13.12 MOSFET de modo depleção.
A Figura 13.13a mostra o MOSFET de modo depleção com uma tensão de
porta negativa. A tensão de alimentação VDDforça os elétrons livres a fluir da fonte
para o dreno. Esses elétrons fluem através do estreito canal à esquerda do substrato.
Como em um JFET,a tensão da porta controla a largura do canal. Quanto mais negativa
a tensão da porta, menor a corrente de dreno. Quando a tensão da porta é suficiente-
mente negativa, a corrente de dreno é cortada. Portanto, o funcionamento de um
MOSFETé similarao de um JFETquando VGSé negativa.
Como a porta do MOSFET está eletricamente isolada do canal, podemos
aplicar uma tensão positiva na porta, como mostrado na Figura 13.13b. A tensão
positiva na porta aumenta o número de elétrons livres que fluem através do canal.
Quanto maior a tensão positiva na porta, maior a condução da fonte para o dreno. A
possibilidade do uso de uma tensão positiva na porta é o que distingue o MOSFET de
modo depleção do JFET.
-----
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 569
!
+-'--
-=-- Voo
DRENO
n
+-'--
-=-- Voo
(a) (b)
Figura 13.13 (a) Tensão de porta negativa; (b) tensão de porta positiva.
Gráfico
A Figura 13.14amostra curvas de dreno típicas para um MOSFET de canal n. Observe
que as curvas de cimatêm um VGSpositivo e as curvas de baixotêm um VGSnegativo.
A curva de dreno mais abaixo é dada por VGS =VGS(off)'Ao longo dessa curva de corte,
a corrente de dreno é aproximadamente zero. Quando VGSestá entre VGS(off)e zero,
temos a operação no mododedepleção.E VGS maior do que zero nos dá a operaçãono
modo de intensificação.Novamente, essas curvas de dreno apresentam uma região
ôhmica, uma região de fonte de corrente e uma região de corte. Semelhante ao JFET,o
MOSFET no modo depleção tem duas grandes aplicações: uma fonte de corrente ou
uma resistência.
A Figura 13.14bmostra a curva de transcondutância de um MOSFET de modo
depleção, e IDss é a corrente de dreno com a porta curto-circuitada. Como a curva se
estende à direita da origem, IDSSnão é mais a corrente de dreno máxima possível.
Matematicamente, essa curva ainda é parte de uma parábola, e existe a mesma relação
quadrática que ocorre em um JFET.Realmente, o MOSFET de modo depleção tem uma
corrente de dreno dada pela mesma equação de transcondutância anterior, Equação
(13.3).Além disso, ele tem o mesmo circuito equivalente do JFET.Por isso, a análise de
circuitos com MOSFET de modo depleção é quase idêntica àquela de circuitos com
JFET.A única diferença é a análise para a tensão de porta positiva, porém ainda assim
as mesmas fórmulas básicas são usadas para determinar a corrente de dreno, a tensão
porta-fonte etc.
570 Eletrônica - 4GEdição - Volume 1 Cap.13
ID ID
VDD
RD
+2
+1
Ves
o
-1
I VeS(off)
2. VDs
VeS(off)VDD
(a) (b)
Figura 13.14 (a) Curvas de dreno; (b) curva de transcondutância.
SímboloEsquemático
A Figura 13.15amostra o símbolo esquemático para um MOSFET de modo depleção.
Exatamente à direita da porta está uma linha fina vertical representandoo can!ll. O
terminal do dreno sai na extremidade superior do canal e o terminal da fonte é
conectado na extremidade inferior. A seta no substrato p aponta para o material n. Em
algumas aplicações, uma tensão pode ser aplicada ao substrato para ajudar no controle
da corrente de dreno. Por isso, alguns MOSFETsde modo depleção têm quatro termi-
nais externos. Mas na maioria das aplicações, o substrato é conectado à fonte. Geral-
mente, o fabricante conecta internamente o substrato à fonte. Isso resulta em um
dispositivo de três terminais cujo símbolo esquemático é mostrado na Figura 13.15b.
DRENO
PORTA SUBSTRATO SUBSTRATO
n
n
FONTE
(a)
roRT~:
(b)
Figura 13.15 Símbolos esquemáticos.
Cap.13 Transistores de efeito de campo 571
Existe também um MOSFET do tipo depleção de canal p. Ele consiste de um
pedaço de material p com uma região n à direita e uma porta isolada à esquerda. O
símbolo esquemático de um MOSFET de canal p é similar àquele do MOSFET de canal
n, exceto que a seta aponta para fora. No restante deste capítulo enfatizaremos o
MOSFET de canal n. O funcionamento de um MOSFET de canal p é complementar ao
de canal n, indicando que todas as tensões e correntes são contrárias.
Exemplo13,8
N aFigura<I$;'1!~~,
Solução
Admita
é
r
I
da porta
Impo$sív
o que c
estar o~
Veja
precisam~
'I-
572 Eletrônica - 4QEdição - Volume 1 Cap.13
470 O
470 Q -cL ~
2ov-i 14000 2ovI- - -=- -=-
(b) (c)
Exemplo 13.10
Na Figura 13.16a, qual a tensão dreno-fonte quando V GS = + 1 V?
Solução
Admita que o MOSFET esteja operando como uma fonte de corrente. Primeiro,
determine o fator K e a corrente de dreno como segue:
K 1
e
Segundo, a tensão dreno-fonte é
VDS = 20 V - (15,6 mA)(470 Q) = 12,7 V
Terceiro, calcule a teJ;l.sãod~çonstri~~o p~porci~Ji1al:
V; = (15,6 mA)(400 Q) = 6,24 V
Como VDS é maior do que V;, o MOSFET está operando como uma fonte de
corrente.
Quando você compara os exemplos já mencionados com MOSFET aos exem-
plos com JFETs dados antes, pode ver que a análise é idêntica à do JFET. Cada
dispositivo funciona como uma fonte de corrente ou um resistor. Vocêcomeça a análise
admitindo que ele opera como fonte de corrente. Se obtém uma contradição, você sabe
que o dispositivo está funcionando como um resistor em vez de fonte de corrente.
IDss = 10 mA --0
VGS(off) = -4V
yov1vGs-=--I
(a)
Figura13.16 Exemplo.
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 573
Então, você usa a lei de Ohm para calcular Vos. Quando VGSé igual a zero, a tensão de
constrição separa a região ôhmica da região de fonte de corrente. Quando VGSnão é
igual a zero, a tensão de constrição proporcional separa as duas regiões.
13.7 o MOSFETDEMODOCRESCIMENTOOU
INTENSIFICAÇÃO
Embora o MOSFET de modo depleção seja usado em situações especiais, ele não tem
uso generalizado por razões dadas no próximo capítulo. Porém, ele desempenha um
importante papel na história porque fez parte da evolução em direção ao MOSFET de
modo crescimentoou intensificação,um dispositivo que revolucionou a indústria eletrô-
nica. Esse segundo tipo de MOSFET tornou-se muito importante em eletrônica digital
e computadores. Sem ele, os computadores pessoais, agora tão populares, não existi-
riam.
A IdéiaBásica
A Figura 13.17amostra um MOSFET de canal n do tipo crescimento ou intensificação.
O substrato estende-se por todo o caminho até o dióxido de silício. Como você vê, não
há mais um canal n entre a fonte e o dreno.
Como ele funciona? A Figura 13.17bmostra a polarização normal. Quando a
tensão da porta é zero, a alimentação V00 tenta forçar a ida dos elétrons livres da fonte
para o dreno, mas o substrato p tem apenas uns poucos elétrons livres produzidos
termicamente. Pondo de lado esses portadores minoritários e alguma fuga de super-
fície, a corrente entre a fonte e o dreno é zero. Por isso, um MOSFET de modo
crescimento ou intensificação está normalmente no estado desligado (off) quando a
tensão da porta é zero. Isso é completamente diferente dos dispositivos de modo
depleção como o JFET ou o MOSFET de modo depleção.
Quando a porta é suficientemente positiva, ela atrai elétrons livres na região
p. Os elétrons livres recombinam-se com as lacunas na região próxima ao dióxido de
silício. Quando a tensão da porta é suficientemente positiva, todas as lacunas encosta-
das ao dióxido de silício são preenchidas e elétrons livres começam a fluir da fonte para
o dreno. O efeito é o mesmo que a criação de uma fina camada de material tipo n
próxima ao dióxido de silício. Essa camada condutora é chamada camada de inversão tipo
n. Quando ela existe o dispositivo, normalmente aberto, de repente conduz e os
elétrons livres fluem facilmente da fonte para o dreno.
574 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Capo13
o V GS mínimo que cria a camada de inversão tipo n é chamado tensão de limiar,
simbolizado por VGS(th),Quando VGSé menor do que VGS(thya corrente de dreno é zero.
Mas quando VGS émaior do que VGS(th)'uma camada de inversão tipo n conecta a fonte ao
dreno e a corrente de dreno é grande. Dependendo do dispositivo em particular que está
sendo usado, V GS(th)pode variar de menos de 1 V até mais de 5 V.
DRENO
n n
PORTA SUBSTRATO
+--'--
-=- VDD
(a) (b)
Figura13.17 MOSFET de modo crescimento ou intensificação,
Os JFETs e os MOSFETs de modo depleção são classificados como disposi-
tivos de modo depleção porque suas condutividades dependem do funcionamento das
campdas de depleção. O MOSFET de modo intensificação é classificado como um
dispositivo de modo intensificação porque a sua condutividade depende do funcio-
namento da camada de inversão tipo n. Os dispositivos de modo depleção são normal-
mente fechados quando a tensão da porta é zero, enquanto os dispositivos de modo
intensificação são normalmente abertos quando a tensão da porta é zero.
Gráficose Fórmulas
A Figura 13.18amostra um conjunto de curvas para um MOSFET de modo intensifica-
ção e uma reta de carga típica. A curva mais baixa é a curva para VGS(th).Quando VGS
é menor do que VGS(th)'a correntede dreno é de aproximadamentezero. Quando VGS
é maior do que VGS(th)'o dispositivo liga-se e a corrente de dreno é controlada pela
tensão da porta. Novamente, observe as partes quase vertical e quase horizontal das
curvas. A parte quase vertical corresponde à região ôhmica, e as partes quase horizon-
tais correspondem à região de fonte de corrente. O MOSFET do tipo intensificação
pode operar em cada uma dessas duas regiões. Em outras palavras, ele pode funcionar
como uma fonte de corrente ou um resistor.
A Figura 13.18bmostra uma curva de transcondutância típica. Novamente, a
curva é parabólica ou quadrática. O vértice (ponto de início) da parábola está em VGS(th).
.Por isso, a equação para a parábola é diferente da anterior. Ela agora é igual a
-
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 575
ID = k(V GS - VGS(th))2 (13.13)
onde K é uma constante que depende do MOSFET em particular. Qualquer folha de
dados para um MOSFET de modo intensificação incluirá a corrente IO(on)'ou IO(ligado)'
e a tensão VGS(on)'ou VGS(ligado)'para um ponto bem acima do ponto de limiar, como
mostrado na Figura 13.18b.
ID ID
Ves =+15
VDD
RD
Ves =+10 ID(on) >------
Ves
Ves = +5
VeS(th)
""..
VDD
VDS
VeS(th) Ves(on)
(a) (b)
Figura13.18 (a) Curvas de dreno; (b) curva de transcondutância.
Com JFETs e MOSFETs de modo depleção, os valores de 1055e VGS(off)são
as grandezas importantes para análise. Com os MOSFETs de modo intensifi-
cação, as grandezas importantes são IO(on)'VGS(th)e VGS(on)'mostrados na Figura
13.18b. Essas três grandezas são os prImeiros Itens a serem procurados em uma
folha de dados. Substituindo essas grandezas na Equação (13.13),podemos organizar a
equação de uma forma mais simples:
ID = KID(on) (13.14)
onde
2
(
VGS - VGS(th)
]
K = V GS(on) - VGS(th)
(13.15)
Essa expressão parece muito extensa a princípio, mas ela é fácil de trabalhar após ter
sido usada.
576 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
Símbolo Esquemático
Quando VGS = O,o MOSFET de modo intensificação é desligadoporque não há canal
de condução entre a fonte e o dreno. O símbolo esquemático da Figura 13.19a tem a
linha do canal partida para indicar essa condição de normalmente desligado. Como
você sabe, uma tensão de porta maior do que a tensão de limiar cria uma camada de
inversão tipo n que conecta a fonte ao dreno. A seta aponta para essa camada de
inversão, que funciona como um canal n quando o dispositivo está em condução.
Existe também um MOSFETde modo intensificação de canal p. O símbolo esquemático
é similar, exceto que a seta aponta para fora, como mostrado na Figura 13.19b.
(a) (b)
Figura13.19 Símbolos esquemáticos: (a) canal n; (b) canal p.
A Tensão Porta-Fonte Máxima
Os MOSFETs têm uma fina camada de dióxido de silício, um isolante que impede a
circulação de corrente de porta tanto para tensões positivas como para tensões negati-
vas. Essa camada isolante é mantida tão fina quanto possível para dar à porta um
maior controle sobre a corrente de dreno. Como a camada isolante é muito fina, é fácil
destruí-Ia com uma tensão porta-fonte excessiva. Por exemplo, um 2N3796 tem uma
especificação VGS(máx)de :!:30V.Se a tensão porta-fonte for mais positiva do que +30 V
ou mais negativa do que -30 V, a fina camada isolante será destruída.
Além da aplicação direta de um VGS excessivo,você pode destruir a fina
camada isolante sem perceber. Se você retirar ou inserir um MOSFET num circuito
~nquanto a alimentação estiver ligada, transientes de tensão causados por descargas
indutivas e por outros efeitos podem exceder a especificação de VGS(máx)'Isso inutiliza-
rá o MOSFET. Até o simples ato de pegar um MOSFET pode depositar carga estática
suficiente que exceda a especificação de VGS(máx)'Por isso, os MOSFETs são muitas
vezes transportados com um fio condutor em volta dos seus terminais. Vocêretira o fio
após o MOSFET ter sido conectado ao circuito.
Alguns MOSFETssão protegidos por diodos Zener internos em paralelo com
a porta e a fonte. A tensão Zener é menor do que a especificação VGS(máx)'Portanto, o
diodo Zener atinge a sua região de ruptura antes que qualquer dan? ocorra à fina
---
Cap.13 Transistores de efeito de campo 577
camada isolante. A desvantagem desses diodos internos é que eles reduzem a alta
resistência de entrada dos MOSFETs. A preferência por um tipo vale a pena em
algumas aplicações porque os MOSFETs, que são caros, são facilmente destruídos sem
a proteção Zener.
Memorize esta idéia: os dispositivos MOSFETs são delicados e podem ser
facilmente destruídos. Você tem de manuseá-los com cuidado. Além disso, nunca os
conecte ou desconecte enquanto a alimentação estiver ligada. Por fim, antes de pegar
em um dispositivo MOSFET, você deve aterrar o seu corpo tocando no chassis do
equipamento em que está trabalhando.
Iv
I v" > V",,"
Vos
Ves = VeS(th)
Figura13.20 Curvas de dreno ideais.
CircuitosEquivalentes
A Figura 13.20mostra as curvas de dreno ideais para um MOSFET de modo intensifi-
cação. Primeiro, não há região de ruptura. Segundo, todas as curvas de dreno super-
põem-se na região ôhmica para produzir uma única reta quase vertical. Terceiro, todas
as curvas de dreno são horizontais na região da fonte de corrente. Essas curvas de
dreno ideais são similares às curvas do MOSFET de modo depleção, exceto pela tensão
de joelho proporcional, V~. Essa tensão é dada por
V~ = IoRos (13.16)
Essa tensão está no limite entre a região ôhmica e a região de fonte de corrente em um
dispositivo ideal de modo intensificação. O conceito de limite é idêntico para V;. A
razão para não usarmos V; é que os MOSFETs de modo intensificação não têm uma
tensão de constrição onde camadas de depleção se juntam. Em vez disso, eles têm uma
camada de inversão. Como o mecanismo físico envolvido é diferente, usamos o símbo-
lo V~para os limites entre as duas regiões.
578 Eletrônica- 4a Edição - Volume 1 Cap.13
A Figura 13.21mostra os dois circuitos equivalentes para o dispositivo ideal.
Como você pode notar, esses circuitos equivalentes são os mesmos para um JFET,
exceto para IO(on)e a tensão de porta positiva. Em outras palavras, o MOSFET de modo
intensificação pode funcionar como uma fonte de corrente ou como um resistor. A
escolha de qual usar depende do posicionamento do ponto de operação. A tensão de
joelho proporcional é o seu guia. Quando Vos é maior do que V~, o dispositivo é uma
fonte de corrente. Quando Vos é menor do que V~, o dispositivo é um resistor. Aqui
está o método para decidir qual modelo usar:
1. CalculeVi
2. Se VDS > V,:, use o circuito equivalente para fonte de corrente.
3. SeVos < V,:, use o circuito equivalente ôhmico.
+ + + +"
Ves Res KIO(on) Vos Ves Res Ros Vos
(a) (b)
Figura 13.21 Circuitos equivalentes para o dispositivo ideal.
Capo13 Transistores de efeito de campo 579
Exemplo13.11
A
Na.Figura
Solução
Como VI)S
Solução
580 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
3,6kQ
ID(on)= 1 mA
Ves(th) = 1 V
Ves(on) = 5 V
RDS = 1 kQ
+
-=-- 20 V
I+VGS-=--l- - -
Figura13.22 Exemplo.
Exemplo 13.14
Na Figura 13.22, qual a tensão dreno-fonte quando VGS =3 V?
Solução
Admita que o MOSFET esteja operando como uma fonte de corrente. Primeiro,
determine o fator K, substituindo as grandezas dadas na Equação (13.15):
2-
_
(
3V-1V
)
- 2-
K - 5 V - 1 V - 0,5 - 0,25
e
ID = 0,25(1 mA) = 0,25 mA
Segundo, a teI\$ão~no-~l1t~~}
VDS = 20 V - (0,25mA)(3,6 kQ) = 19,1 V
13.8 INTERPRETAÇÃODASFOLHASDEDADOS
As folhas de dados de FETs são similares às folhas de dados de bipolares. Você
encontrará especificações máximas, características cc, características ca, dados mecâni-
cos etc. Como sempre, é bom começar com as especificações máximas porque elas são
os valores limites para as correntes, tensões e outras grandezas do FET.
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 581
e
Segundo,
Como VVS
corrente está
Especificações de Ruptura
A folha de dados do MPFl02 descreve o dispositivo como um JFET canal n com essas
especificações máximas:
Vos
VOG
VGS
IG
Po
TI
25V
25V
-25V
10mA
200mW
125°C
As especificações de tensão são para tensões de ruptura reversa, e Vos é a
tensão entre o dreno e a fonte. A segunda especificaçãoé VOG' que é a tensão do dreno
para a porta, e VGS'que é a tensão da porta para a fonte. Como sempre, um projeto
582 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
moderado inclui um fator de segurança. Observe que a máxima corrente de porta com
polarização direta é especificada como 10 mA. Normalmente, a porta é reversamente
polarizada. A folha de dados inclui essa especificação para polarização direta em caso
da porta ser diretamente polarizada por alguma razão. Não há razão para polarizar
diretamente a porta, a menos que seja uma aplicação especial.
Como discutido no Capítulo 5, o fator de redução de capacidade informa em
quanto devemos reduzir a especificação de potência de um dispositivo. O fator de
redução de capacidade de um MPF1O2é dado como sendo de 2mW ;oc. Isso significa
que você tem de reduzir a especificação de potência de 200 mW para 2 mW para cada
grau de temperatura acima de 25°c.
IDSS e VGS( off)
As duas informações mais importantes na folha de dados de um dispositivo de modo
depleção são a máxima corrente de dreno e a tensão de corte porta-fonte. Esses valores
são fornecidos pela folha de dados de um MPFI02:
Símbolo
VGS(off)
IDSS
Mínimo Máximo
2 mA
-8V
20 mA
Já discutimos a variação 10:1 em IDSS'Essa faixa de variação foi uma das razões para
usarmos os métodos de aproximações para JFET. Uma outra razão para as aproxi-
mações é: a folha de dados muitas vezes omite valores, então você realmente não tem
idéia sobre alguns valores. No caso do MPF1O2,o valor mínimo de VGS(off)não é dado.
Como você sabe, o valor de IDssrepresenta a máxima corrente de dreno para
um JFET e VGS(off), representa a tensão porta-fonte necessária para interromper a
corrente de dreno. E importante saber também que a tensão de constrição Vp tem a
mesma magnitude de VGS(off)'Finalmente, a especificação de V p para IDss dá o RDS do
JFET na região ôhmica.
FolhadeDadosparaoModoIntensificação
Os dispositivos de modo depleção têm duas grandezas importantes: IDSSe VGS(off)'Os
dispositivos de modo intensificação têm três grandezas importantes: ID(on)' VGS(th)e
V GS(on)'A folha de dados varia de fabricante para fabricante, assim, algumas vezes,
você pode não encontrar as grandezas que gostaria de ver. Porém, quase toda folha de
dados dará ID(on)e VGS(th),e a maioria incluirá VGS(on)'Algumas incluem também
-
I
Cap.13 Transistores de efeito de campo 583
informações sobre a resistência de dreno RDS'Essa resistência pode ser simbolizada por
RDSou pode apresentar-se como rDS(on)'rds(on)etc., com diferentes condições anexadas
aos valores apresentados.
Por exemplo, aqui está como a folha de dados de um M116 apresenta a
resistência de dreno:
rDS(on) = 100 Q
rDS(on) = 200 Q
para VGS = 20V e ID = 100 !-tA
para VGS = 10 V e Iv = 100 !-tA
Algumas vezes, a folha de dados não especifica valores de resistência de dreno. Por
exemplo, a folha de dados de um 2N4351 dá
VVS(on) = 1 V para VGS = 10 V e Iv = 2 mA
Nesse caso, você calcula a resistência de dreno como segue:
. ~ = 500 Q
Rvs = 2mA
TÓPICOSOPCIONAIS
13.9 OUTROSTIPOSDESATURAÇÃO
J
Por qualquer que seja a razão, alguns dos termos para dispositivos bipolares são
usados de formas diferentes para dispositivos FET. Por exemplo, as quatro grandes
regiões de operação de um transistor bipolar são a região de saturação, a região ativa,
a região de corte e a região de ruptura. Seria agradável se os mesmos termos fossem
transportados para os dispositivos FET, mas infelizmente isso não aconteceu. Em vez
disso, aqui estão as quatro regiões e os termos usados para descrevê-Ios:
Bipolar
Saturação
Ativa
Corte
Ruptura
FET
Ôhmica
Saturação, constrição ou estrangulamento
Corte
Ruptura
584 Eletrônica - 4~ Edição - Volume 1 Cap.13
Numa discussão básica para os FETs, a segunda região de operação foi cha-
mada regiãodefonte decorrentepara evitar a confusão mostrada aqui. Como você vê, a
segunda região de operação do JFET é formalmente chamada regiãodesaturação.Esse
nome é usado porque o canal está fisicamente conduzindo toda a corrente de que é
capaz. Essa região também é chamada regiãode constrição ou estrangulamento, porque as
duas camadas de depleção estão tentando estrangular a corrente, o que mantém a
corrente em um valor constante.
13.10 A DERIVAÇÃOMATEMÁTICA
Na discussão do MOSFET de modo intensificação, a equação básica da corrente foi
dada como
ID = k(Ves - VeS(th))2 (13.17)
A derivação dessa fórmula básica é dada em livros de engenharia que tratam de FETs.
Desejamos mostrar aqui como essa equação é organizada de forma mais útil
ID = KID(on) (13.18)
onde
2
(
Ves - VeS(th)
)K = Ves(on) - VeS(th)
(13.19)
Para começar, substitua ID(on) e Ves(on) na Equação (13.17) para obter
ID(on) = k(VeS(on) - VeS(th))2
Resolva-a em função de k para obter
ID(on)k =
(Ves(on) - VeS(th))2
Substitua esse k na Equação (13.17)para obter
Cap.13 Transistores de efeito de campo 585
IV (on)
IV = (V
(VGS(on) - VGS(th»2 GS - VGS(th»2
Agora, determine
2
(
V GS - VGS(th)
]K = V GS(on) - VGS(th)
que significa
IV = KIV(on)
.....
13.11 OUTRASINFORMAÇÕESSOBREASCURVAS
DEDRENO
Para obter circuitos equivalentes simples e de fácil aplicação, idealizamos as curvas de
dreno dos JFETscomo mostrado na Figura 13.7. Acima da tensão de constrição propor-
cional, cada curva de dreno é horizontal. Além disso, a região ôhmica é uma única reta
quase vertical. Esse conjunto de curvas de dreno ideais permitiu-nos mostrar os dois
circuitos equivalentes na Figura 13.8.
Continuamos a usar as curvas de dreno ideais e os circuitos equivalentes
similares para o MOSFET de modo depleção e o MOSFET de modo intensificação. As
curvas ideais e os circuitos equivalentes são excelentes para análise de defeitos e a
maioria das análises preliminares. Mas eles serão inadequados em algumas situações.
A verdade é essa: as curvas de dreno são mais parecidas com as da Figura
13.23a. Quanto mais alta a curva, menos horizontal ela se apresenta. Além disso, a
região ôhmica não é uma única reta quase vertical mas, ao contrário, são muitas retas
verticais com inclinações diferentes. Portanto, a análise de um FETpode ser muito mais
complicada se feita assim. Na maioria das aplicações, não temos de levar em conside-
ração esses detalhes por causa das imensas tolerâncias nos dispositivos. Porém,
algumasvezes,um projetistadesejaolhar mais de perto as curvas de dreno reaisde um .
JFET.
586 Eletrônica - 49 Edição - Volume 1 Cap.13
10
Vgs Zent ras
Vos
(a) (b)
Figura13.23 Curvas de dreno.
Uma das grandezas envolvidas nas curvas de dreno mais precisas é a resis-
tência cade dreno, que é definida como
AVOS
rds = Mo
(13.20)
para um VGSconstante. Isso também é escrito como
dVos
rtis= d/o
onde rdsé a derivada da curva de dreno no ponto de operação. Olhe para as curvas de
dreno na Figura 13.23ae observe que rtistem valores menores próximos da origem e
valores maiores na parte quase horizontal das curvas.
As curvas de dreno são mais horizontais acima do joelho, o que significa um
valor de rdsmaior. Isso equivale a dizer que o FET funciona mais como uma fonte de
corrente acima do joelho da curva. Para tirar esse ponto, a Figura 13.23bapresenta o
circuitoequivalentecapara um FET.Quando as curvas de dreno são horizontais,rds se
aproxima do infinito e o lado da saída do circuito torna-se uma fonte de corrente firme.
Tudo depende do valor do resistor de carga. Se ele é pequeno quando comparado a raS'
então o circuito funciona como uma fonte de corrente firme. Mas se a resistência de
carga é comparável a rds' então uma análise mais precisa terá de incluir os efeitos de rtis
em paralelo com o resistor de carga.
Abaixo do joelho de cada curva de dreno, o FET funciona mais como um
resistor do que como uma fonte de corrente. Porém, observe que rdsdepende de qual
curva de dreno está em uso. Isso significa que a tensão da porta determina o rtisna
região ôhmica. Por essa razão, a resistência de dreno de um FET pode ser controlada
pela tensão da porta. Isso nos leva a várias aplicações interessantes.
-r
Cap.13 Transistoresde efeito de campo 587
I. - __n J
RESUMO
....
~
Seção13.1 OJFET
k
o FET de junção, abreviado como JFET,
tem uma fonte, uma porta e um dreno
análogos ao emissor, base e coletor de
um transistor bipolar. O JFET tem dois
diodos internos: o diodo porta-fonte e o
diodo porta-dreno. Esses diodos condu-
zirão se eles forem diretamente polariza-
dos com mais de 0,7V.
Seção13.2 OJFETPolarizado
Ao contrário de um transistor bipolar no
qual o diodo base-emissor é diretamente
polarizado, o diodo porta-fonte de um
JFET é sempre reversamente polarizado.
Do mesmo modo, o diodo porta-dreno é
reversamente polarizado. O JFET tem
uma resistência cc de entrada que se
aproxima do infinito, porém ele tem um
ganho de tensão menor do que um tran-
sistor bipolar.
""'~
Seção13.3 Curvasde Dreno
As curvas de dreno de um JFETsão simi-
lares àquelas de um transistor bipolar,
exceto que VGS é a entrada de controle
em vez de lB.O JFETfunciona como uma
fonte de corrente ao longo da parte hori-
zontal das curvas de dreno e como um
resistor ao longo da parte quase vertical
da curva de dreno. A máxima corrente
de dreno é simbolizada por loss e a ten-
são de corte porta-fonte é simbolizada
por VGS(off).A tensão de constrição tem a
mesma magnitude que VGS(off).
Seção 13.4 A CurvadeTranscondutância
Este é o gráfico de corrente de dreno
versus tensão da porta. A curva é não-li-
near, parte de uma parábola, e é cha-
mada também de curva quadrática. A
própriedade quadrática dá ao JFET uma
vantagem maior em circuitos de comu-
nicação chamados misturadores de si-
nais (mixers).
Seção 13.5 Aproximaçõesparao JFET
O JFET ideal tem curvas de dreno que
consistem em uma região ôhmica e
algumas regiões horizontais. Quando o
ponto de operação está ao longo de uma
reta horizontal, o JFET funciona como
uma fonte de corrente. Quando o ponto
de operação está na região ôhmica, o
JFET funcionacomo um resistor. A ten-
são de constrição proporcional está na
fronteira entre a região ôhmica e a região
de fonte de corrente.
Seção 13.6 OMOSFETde ModoDepleção
O FET de semicondutor de óxido metáli-
co, abreviado como MOSFET, tem uma
fonte, uma porta e um dreno. A porta é
eletricamente isolada do canal. Por isso,
a resistência cc de entrada é ainda maior
do que a de um JFET. O MOSFET de
modo depleção está normalmente ligado
quando VGS é zero. Ele tem curvas de
588 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
dreno e circuitos equivalentes similares
aos do JFET.A única diferença é que ele
pode operar tanto com tensão positiva
na porta quanto negativa.
Seção 13.7 O MOSFET de Modo
Crescimento ou Intensificação
o MOSFETde modo intensificação revo-
lucionou a indústria eletrônica, espe-
cialmente na área de computadores. Esse
dispositivo está normalmente desligado
quando a tensão da porta é igual a zero.
Para ligá-Io, você tem de aplicar uma
tensão suficientemente positiva na por-
ta. Essa tensão da porta é chamada ten-
são de limiar. O dispositivo funciona
como uma fonte de corrente ou como um
resistor.
Seção 13.8 Interpretação das Folhas de
Dados
As folhas de dados apresentam especi-
ficações máximas para tensões, correntes
e potências. Dentro dessas especificações
máximas absolutas, as grandezas impor-
tantes para os dispositivos de modo de-
pleção são IDSSe VeS(off).
As grandezas importantes para os dis-
positivos de modo intensificação são
ID(on), V eS(th) e V eS(on).
EQUAÇÕESIMPORTANTES
Equação13.1 Tensãode Corteda Portae
Tensãode Constrição
VGS(off) = - Vp
= ---
Esta equação relaciona duas importantes
tensões para o JFET.Ela diz que as duas
tensões têm a mesma magnitude. Ambas
diferem apenas no sinal.
Equação13.2 ResistênciaDreno-Fonte
Vp
RDS = IDSS
Estaequação éuma aproximaçãomuito útil.
Ela diz que um JFETtem uma resistência
de aproximadamente Vp/IDss quando ele
está operando na região ôhmica.
Equações13.4e 13.5 Correntede Dreno
comoFunçãodaTensãoda Porta
ID = KIDSS
onde
K -
(
1 - Ves
)
2
~ VGS(off)
A corrente de dreno é uma fração da
corrente de dreno máxima. O fator K lhe
diz qual é essa fração. O fator K é sempre
um número entre Oe 1.
Equação13.6 Tensãode Constrição
Proporcional
Vp = IDRDS
Uma vez obtido o valor de RDS' você
pode multiplicá-Io pela corrente de dre-
no para obter a tensão de constrição pro-
porcional. Então, V; é o seu ponto de
referência sobre em qual região o JFET
está operando. Se VDSé maior do que
.,
Cap.13 Transistores de efeito de campo 589
V;, O JFET opera como uma fonte de
corrente; se Vvs é menor do que V~, o
JFET opera como um resistor.
.~
Equações13.14 e 13.15 Correntede
Drenoparao ModoIntensificação
Iv = KIV(on)
onde
2
(
Ves - VeS(th)
)K = VeS(on) - VeS(th)
Para calcular a corrente de dreno para
um MOSFET de modo intensificação,
você precisa de três grandeza nas folhas
de dados: IV(on),VeS(th)e VeS(on).Com
essas três grandezas, você pode calcular
o fator K para qualquer valor de Ves.
Então, você multiplica o fator K por
IV(on)para obter a corrente de dreno.
A propósito, essas fórmulas são vá-
lidas apenas quando Ves é maior do que
VeS(th).
QUESTÕES a) A largura do canal
b) A corrente do dreno
c) A tensão de constrição proporcional
d) Todas as alternativas acima
5. O diodo porta-fonte de um JFET deve ser
a) Diretamente polarizado
b) Reversamente polarizado
c) Diretamente ou reversamente
polarizado
d) Nenhuma das alternativas acima
6. Comparado a um transistor bipolar, o
JFET tem maior
a) Ganho de tensão
b) Resistência de entrada
c) Tensão de alimentação
d) Corrente
7. Comparado a um transistor bipolar, o
JFET tem menos
a) Ganho de tensão
b) Resistência de entrada
c) Tensão de alimentação
d) Corrente
8. Os portadores de corrente no JFET de ca-
nal p são:
1. UmJFET
a) É um dispositivo controlado
I;°r tensão
b) E um dispositivo controlado
por corrente
c) Tem uma impedância de
entrada baixa
d) Tem um alto ganho de tensão
-"":,
2. Um transistor bipolar usa
a) Tanto elétrons livres quanto
lacunas
b) Apenas elétrons livres
c) Apenas lacunas
d) Ou elétrons ou lacunas, mas não
os dois
3. A impedância de entrada de um JFET
a) Aproxima-se de zero
b) Aproxima-se de um
c) proxima-se do infinito
d) E impossível prever
4. A porta controla
590 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.13
a) Elétrons livres
b) Lacunas
c) Ou elétrons livres ou lacunas
d) Elétrons livres e lacunas
9. A tensão de constrição tem a mesma
magnitude que a
a) Tensão de porta
b) Tensão dreno-fonte
c) Tensão porta-fonte
d) Tensão de corte porta-fonte
10. Quando a tensão dreno-fonte é menor do
que a tensão de constrição proporcional,
um dispositivo de modo depleção fun-
ciona como
a) Um transistor bipolar
b) Uma fonte de corrente
c) Um resistor
d) Uma bateria
11. A resistência de dreno ideal na região ôh-
mica de um dispositivo de modo depleção
é igual à tensão de constrição dividida
pela
a) Corrente dreno
b) Corrente de porta
c) Corrente de dreno ideal
d) Corrente de dreno para tensão
de porta zero
12. A curva de transcondutância é
a) Linear
b) Similar ao gráfico de um resistor
c) Não-linear
d) Semelhante a uma única curva
de dreno
13. Se ocorrer uma resposta absurda após a
região de fonte de corrente ser admitida,
um JFET em condução tem de operar na
a) Região de ruptura
b) Região de corte
c) Região ôhmica
d) Região de intensificação
14. O MOSFET de modo depleção funciona
geralmente como
a) Um JFET
b) Uma fonte de corrente
c) Um resistor
d) Um MOSFET de modo intensificação
15. Qual dos seguintes dispositivos revolu-
cionou a indústria de computadores?
a) JFET
b) MOSFET de modo depleção
c) MOSFET de modo intensificação
d) Diodo Zener
16. A tensão que liga um dispositivo de mo-
do intensificação é a
a) Tensão de corte porta-fonte
b) Tensão de estrangulamento
c) Tensão de limiar
d) Tensão de joelho
17. Qual destas grandezas você encontrará
na folha de dados de um JFET?
a) VGS(th) c) VGS(on)
b) IDSS d) VS(on)
18. Qual destas grandezas pode aparecer na
folha de dados de um MOSFET de modo
intensificação?
a) VGS(th)
b) ID(on)
c) V GS(on)
d) Todas acima
19. Quando um JFET está em corte, as cama-
das de depleção estão
a) Bem afastadas
b) Bem juntas
c) Se tocando
d) Em condução
20. Quando a tensão da porta se torna mais
negativa em um JFET de canal n, o canal
entre as camadas de depleção se torna
a) Estreito
b) Largo
c) Em condução
d) Em corte
21. Se um JFET tem IDSS = 10 mA e Vp = ZY,
então RDS é igual a
,
Cap.13 Transistores de efeito de campo 591
a) 200 Q
b) 400 Q
c) 1 kQ
d) 5 kQ
,
--,..
22. A tensão Ves(on) de um MOSFET de ca-
nal n de modo intensificação é
a) Menor do que a tensão de limiar
b) Igual à tensão de corte porta-fonte
c) Menor do que VOS(on)
d) Maior do que V eS(th)
23. A tensão Vi desempenha para disposi-
tivos de modo intensificação o mesmo
papel desempenhado por qual tensão a
seguir para dispositivos de modo deple-
ção?
a) Ves
b) Vp
'1
c) Vos
d) VeS(th)
J
24. o nosso mundo técnico é um lugar onde
a) Não há contradições
b) Existe uma fórmula
c) Cada problema tem apenas
uma solução correta
d) Podemos encontrar muitas respostas
corretas para evitar
PROBLEMASBÁSICOS
Seção13.2 OJFETPolarizado
"'U
13.1 A folha de dados de um 2N5902 apresen-
ta as seguintes grandezas à temperatura
ambiente: Iess = 5 pA com Ves = 20 V.
Qual a resistência cc de entrada da porta
à temperatura ambiente?
13.2 A folha de dados de um 2N5902 apresenta
as seguintes grandezas a 125T: Iess =10nA
com Ves = 20 V. Qual a resistência cc de
entrada da porta a 125'C?
Seção 13.3CurvasdeDreno
13.3 Um JFETtem Ioss =16 mA e Vp = 3 V.
Qual a mínima corrente de dreno? E a
máxima corrente de dreno? E a tensão de
corte porta-fonte?
13.4 Um 2N5902 tem Ioss = 500 !-tA e
VeS(off) = -2 V. Qual a tensão de cons-
trição deste JFET? Qual a resistência de
dreno Ros na região ôhmica?
13.5 A folha de dados de um U311 apresenta
estes valores máximos: Ioss =20 mA e
VeS(off) = -1 V. Quanto vale Ros?
13.6 A folha de dados de um U311 apresenta
estes valoresmáximos: Ioss = 60 mA e
VeS(off) = -6 V. Quanto vale Ros?
Seção 13.4 A CurvadeTranscondutância
13.7 Um 2N5457 tem estes valores mínimos
em sua folhacdefdades Ioss: = 1 mA e
VeS(off) = -0,5 V. Calcule o fator K para
valores Ves de O;-0,1; -0,2; -0,3; -0,4 e
-0,5 V. Em seguida, calcule as correntes
de dreno para cada tensão da porta.
13.8 Um 2N5457 tem estes valores máximos
em sua folha de dados Ioss = 5 mA e
VeS(off) = -6 V. Calcule o fator K para
valores Ves de O; -1; -2; -3; -4, -5 e
-6 V. Em seguida, calcule as correntes de
dreno para cada tensão da porta.
Seção13.5 Aproximaçõespara oJFET
13.9 Qual a tensão dreno-fonte do circuito da
Figura 13.24a?
13.10 Se a tensão da porta mudar para -1 V no
circuito da Figura 13.24a,qual será a ten-
são dreno-fonte?
592 Eletrônica - 4a Edição - Volume 1 Cap.13
13.11 A tensão da porta aumenta para OV e a
tensão de alimentação do dreno aumen-
ta para 20 V no circuito da Figura 13.24a.
Qual a tensão dreno-fonte?
-2V IDss=5 mA
Ves(off) =-3 V
-
(a)
Figura13.24
13.14 Se a tensão da porta mudar para -1 V no
circuito da Figura 13.24b, qual será a ten-
são dreno-fonte?
13.15 A tensão da porta aumenta para OV e a
tensão de alimentação do dreno diminui
para 15 V no circuito da Figura 13.24b.
Qual a tensão dreno-fonte?
13.16 Se o resistor do dreno mudar para 10
kQ no circuito da Figura 13.24b, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
Seção13.6 OMOSFETde Modo Depleção
13.17 Qual a tensão dreno-fonte no circuito da
Figura 13.25a?
13.18 Se a tensão da porta mudar para -1 V no
circuito da Figura 13.15a, qual será a ten-
são dreno-fonte?
13.12 Se o resistor do dreno mudar para 22
kQ no circuito da Figura 13.24a, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
13.13 Qual a tensão dreno-fonte no circuito da
Figura 13.24b?
IDss=30 mA
V es(off) =-6 V
-
(b)
13.19 A tensão da porta aumenta para OV e a
tensão de alimentação do dreno aumen-
ta para 20 V no circuito da Figura 13.25a.
Qual a tensão dreno-fonte?
13.20 Se o resistor do dreno mudar para 22
kQ no circuito da Figura 13.25a, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
13.21 Qual a tensão dreno-fonte no circuito da
Figura 13.25b?
13.22 Se a tensão de porta mudar para + 10 V
no circuito da Figura 13.25b, qual será a
tensão dreno-fonte?
13.23 A tensão da porta diminui para O V e a
tensão de alimentação do dreno diminui
para 15 V no circuito da Figura 13.25b.
Qual a tensão dreno-fonte?
13.24 Se o resistor do dreno mudar para 10
kQ no circuito da Figura 13.25b, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
Cap.13 Transistores de efeito de campo 593
r
IDss = 3 mA
Ves(off) = -4 V
-
1 (a)
Figura13.25
Seção13.7 OMOSFETde Modo
CrescimentoouIntensificação
13.25 Qual a tensão dreno-fonte no circuito da
Figura 13.26a?
13.26 Se a tensão da porta mudar para +5 V no
circuito da Figura 13.26a, qual será a ten-
são dreno-fonte?
13.27 A tensão da porta diminui para O V e a
tensão de alimentação do dreno aumenta
para 30 V no circuito da Figura 13.200.
Qual a tensão dreno-fonte?
:~
13.28 Se o resistor do dreno mudar para 22
kQ no circuito da Figura 13.26a, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
+2V
Ves(th) =1 V
ID(on)=lmA
Ves(on) =3 V
RDs =500 Q-
(a)
Figura13.26
IDss=1 mA
Ves(off) =-2 V
-
(b)
13.29 Qual a tensão dreno-fonte no circuito da
Figura 13.26b?
13.30 Se a tensão de porta mudar para +15 V
no circuito da Figura 13.26b, qual será a
tensão dreno-fonte?
13.31 A tensão da porta diminui para O V e a
tensão de alimentação do dreno diminui
para 10 V no circuito da Figura 13.26b.
Qual a tensão dreno-fonte?
13.32 Se o resistor do dreno mudar para 10
kQ no circuito da Figura 13.26b, qual se-
rá a tensão dreno-fonte?
+8V
VeS(th) =3 V
ID(on)=4mA
VeS(on) = 6 V
RDS = 100 Q-
(b)
594 Eletrônica - 4g Edição - Volume 1 Cap.13
Seção13.8 Interpretaçãodas Folhasde
Dados
13.33 Qual a resistência cc de entrada da porta
de um MPF1O2 quando a temperatura
ambiente for de 100°C e a tensão porta-
fonte de -15 V?
13.34 Qual a resistência dreno-fonte de um
MPF1O2 na região ôhmica? Como a fo-
lha de dados não apresenta alguns valo-
res, faça o melhor que puder com os
valores apresentados e cite as condições
da sua resposta.
ID
20 mA
VeS(off)= -5
VDS5 15
(a)
30
-5V
Figura13.27
13.38 Um MOSFET tem a curva de transcon-
dutância mostrada na Figura 13.28a.
Qual a corrente de dreno quando a ten-
são na porta for de -2 V?
~
PROBLEMASAVANÇADOS
13.35 Se um JFET tem as curvas de dreno da
Figura 13.27a, quanto vale Ioss? Qual o
Vos máximo na região ôhmica? Em que
faixa de valores de Vos o JFET funciona
como uma fonte de corrente?
13.36 Escreva a equação da transcondutância
para o JFET cuja curva é mostrada na
Figura 13.27b. Qual é o valor da corrente
de dreno quando VGS= -4 V? E quando
VGS= -2 V?
13.37 Se um JFET tem uma curva quadrática
semelhante à da Figura 13.27c, qual é o
valor da corrente de dreno quando
VGS = -1 V?
ID
~
-8 V Ves
(b)
ID
12 mA
VeS
(c)
13.39 O MOSFET da Figura 13.28b tem a curva
de transcondutância mostrada na Figura
13.28a. Qual a tensão cc do dreno para o
terra?
Cap.13 Transistores de efeito de campo 595
~' ID
'.' Ves
-6
(a)
Figura13.28
;,
r
13.40 Alguém erroneamente monta o circuito
da Figura 13.28b com um resistor de dre-
no de 10 kQ. Dada a curva de transcon-
dutãncia da Figura 13.28a, qual a tensão
dreno-fonte?
ID
15mA
Ves
-------
i
2V 10V
(a)
Figura13.29
PROBLEMASUTILIZANDOO
DISPOSITIVODEANÁLISE
VARIACIONAL
Utilize a Figura 13.30 para os problemas restan-
tes. Suponha o aumento de aproximadamente
Vent 0--1
Vento---j
+25 V
E o Vsaída
13.41 A Figura 13.29a mostra a curva de trans-
condutância do circuito da Figura
13.2%. Qual a tensão da porta?
13.42 O resistor do dreno é aumentado para
2,2 kQ no circuito da Figura 13.29b.
Dada a curva de transcondutância da
Figura 13.29a, qual a tensão da porta?
t---o Vsaída
-
(b)
10% na variável independente e admita uma
operação como fonte de corrente. Uma resposta
deve ser um N (não muda) se a mudança na
variável dependente for tão pequena que você
teria dificuldade em medi-Ia.
13.43 Tente prever a resposta de cada variável
dependente no quadro denominado
100 MQ
1- -- -
(b)
596 Eletrônica - 48 Edição - Volume 1 Cap.13
"VOO". Confira suas respostas. Em se-
guida, responda à seguinte questão o
mais simples e diretamente possível: Qual
o efeito que o aumento de Voo tem sobre as
variáveis dependentes do árcuito?
13.44 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no quadro denomi-
nado "Vee". Verifique suas respostas.
Em seguida, resuma-as em uma ou duas
sentenças.
13.45 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no quadro denomi-
nado "VeS(off(. Confira suas respostas.
Faça uma lista das variáveis depen-
dentes que aumentam. Explique por que
essas variáveis aumentam, usando a Lei
de Ohm ou idéias básicas similares.
1 2 3 4 5 6
Vee~ -
Figura13.30 Dispositivo para a análise variacionalTM. (Patenteado: cortesia de Malvino
~nc.)
13.46 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no quadro denomi-
nado" 1oss". Faça uma lista das variá-
veis dependentes que diminuem. Expli-
que por que essas variáveis diminuem.
13.47 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no quadro denomi-
nado "1Gss". Faça uma lista das variá-
-------
veis dependentes que diminuem. Expli-
que por que essas variáveis apresentam
uma diminuição.
13.48 Faça uma previsão da resposta de cada
variável dependente no quadro denomi-
nado" Ro". Faça uma lista das variáveis
dependentes que diminuem. Explique
por que essas variáveis apresentam uma
diminuição.
A
B
+
C
MPF 102 I D
Vos
L
E
F
--
A N D A D A
N D A A D D
D N D D N A
N A D A D N
A D A A A D
N N A D N N
Voo Vee VeS(off) 10ss 1ess Ro
10 :F1 10 : B2 10 :A4 10 :A4 10 : FI 10 : F2
Vos: C5 Vos: A6 Vos: D5 Vos: E6 Vos: C5 Vos: B5
Ros : F2 Ros : C5 Ros : B3 Ros : Cl Ros : A2 Ros : DI
Res : D6 Res: DI Res :Fl Res : F2 Res : C3 Res : C5