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MOSFET: Polarização do MOSFETAula 4
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Aula Matéria Cap./página1ª 03/08 Estrutura e operação dos transistores de efeito de campo canal n, características tensão-corrente. Sedra Cap. 4p. 141-1462ª 05/08 Dedução da equação de corrente do MOSFET canal n, resistência de saída na saturação, Exemplo 4.1. Sedra, Cap. 4p. 146-1553ª 10/08 Características do MOSFET canal p, efeito de corpo, sumário, exercícios. Sedra, Cap. 4p. 155-1594ª 12/08 Polarização cc. Exemplos 4.2, 4.5 e 4.6. O MOSFET como amplificador e como chave (apenas destacar a curva de transferência) Sedra, Cap. 4p. 160-1655ª 17/08 O MOSFET como amplificador, modelo equivalente para pequenos sinais, Exemplo 4.10. Sedra, Cap. 4 p. 175-184 6ª 19/08 Configurações básicas de estágios amplificadores MOS. Conceituação. Fonte comum e fonte comum com resistência de fonte. Sedra, Cap. 4 p. 185-1937ª 24/08 Resposta em baixa frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p. 206-208 8ª 26/08 Resposta em alta frequência do fonte comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p. 203-206 9ª Aula de ExAula avulsa de exercícios (horário 13:00h – 15:00h)1a. Semana de provas (29/08 a 02/09/2016)Data: xx/xx/2016 (xx feira) – Horário: xx:xxh
Eletrônica II – PSI3322Programação para a Primeira Prova
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4ª Aula: O Transistor de Efeito de CampoPolarização do MOSFET
- Ao final desta aula você deverá estar apto a:
- Analisar circuitos de polarização para MOSFETs
- Projetar circuitos para MOSFETS
- Explicar a diferença entre as técnicas de análise de circuitos para MOSFETs e para bipolares
- Explicar a diferença entre transistores MOS “normais” (enriquecimento) e MOS tipo depleção
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Características de Corrente-Tensão do NMOSFET e do PMOSFET (tipo enriquecimento)
PMOS NMOS
VGS>VtVGS<Vt
(Vt < 0 !!!)
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• Região Triodo: VGS-Vt ≤ VDS < 0 e VGS < Vt
( )
−−′=
2VVVV
LW kI
2DS
DStGSD p
• Região de Saturação: VDS ≤ VGS-Vt < 0 e VGS < Vt
PMOSFET (enriquecimento)
• Região de Corte: VGS≥ Vt ou VGS-Vt ≥ 0 ID=0
)(
)(
tGSoxpDS
DStGSoxpD
VvLW
Cr
vVvLW
CI
−=
−≈
μ
μ
1
Linear ( se |VDS | << 2| VGS-Vt | )Parabólica
( ) ( )2
GS tD
VWL
1V
I k2 DSp Vλ−
+′=onde p ox
p oxox
μ εμ .C
xpk ′ = =
(Parâmetro de Transcondu-tância do processo [A/V2])
VGS , VDS e Vt < 0
2n(superfície)
2p(superfície)
12
12
μ =450cm /Vsμ =100cm /Vs
0,345 10 /1 10 /
εε
−
−= ×= ×
ox
si
F cmF cm
1A
eV
λ =
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Características de Corrente-Tensão do NMOSFET e do PMOSFET tipo Enriquecimento
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GS t
DS GS t
oD A
v V
v v V
r ondeI V
λλ
≥≥ −
= =
1 1
GS t
DS GS t
oD A
v V
v v V
r ondeI V
λλ
≤≤ −
= =
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O Efeito da Temperatura
( )
−−′=
2VVVV
LW kI
2DS
DStGSD p
•Tanto Vt como k’ são sensíveis à temperatura:
•Vt diminui (em módulo) 2mV/°C (ID aumenta)•k’ diminui com a temperatura e é o efeito dominante
•Assim, para um mesmo VDS, ID DIMINUI com o AUMENTO da temperatura
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Perfil de um Circuito Integrado CMOS
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Exemplo 4.2 Projete o circuito abaixo para ID=400 μAe VD = +0,5V, sabendo-se que Vt=0,7 V, μn Cox = 100 μA/V2,L = 1 μm e W = 32 μm (λ = 0).
( ) ( )12
GS toxD n
ox
V Vε WI μx L 2 DSVλ
− = +
( )( ) ( )( )12
G toxD n D
ox
V Vε WI μ Vx L 2
SS
VVλ
− − = + −
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Exemplo 4.2 Projete o circuito abaixo para ID=400 μAe VD = +0,5V, sabendo-se que Vt=0,7 V, μn Cox = 100 μA/V2,L = 1 μm e W = 32 μm (λ = 0).
( )( ) ( )( )12
G toxD n D
ox
V Vε WI μ Vx L 2
SS
VVλ
− − = − −
( )( )2G tox
D nox
V Vε WI μx L 2
SV− − =
( ) ( )20,732400 1001 2
GSV −= 0 7 0 5( , ) ,GSV V→ − = ±
1 2,G SV V V→ − = 0 1 2,G SV V V V→ = ∴ = −
1 2 2 5 3 250 4
( , ) ( , ) , k,
S SSS
D
V VR
I− − − −= = = Ω
2 5 0 5 50 4
( , ) ( , ) k,
DD DD
D
V VR
I− −= = = Ω
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Exemplo 4.4 Projete o circuito abaixo para VD= 0,1V. Qual a resistência efetiva entre dreno e fonte? Considere Vt= 1 V e kn´(W/L) = 1 mA/V2
0 1 2 2 5 1 8, ( ) ( )DS GS tV V V V V= − = − =
0 4 0 395, mA ou , mA se não linearizarmosD DI I= =
5 0 1 12 250 4
, , k,
DD DD
D
V VR
I− −= = = Ω
0 1 2530 395
,,
DSDS
D
Vr
I= = = Ω
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
Como resolver esse problema
graficamente?
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Como resolver esse problema graficamente:As Análises que fizemos anteriormente (resistor, diodo)
TnVSD eII /vD=
RVV
I
VIRV
DDDD
DDDD
−=
+= .Aplicando a lei das malhas:
(2)
(1)
Aplicando a lei das malhas:
1 2.DD RV R I V= +
(2)
(1)Aplicando a lei do resistor:
2
2
RVIR
=
Aplicando a lei do diodo:
1
2
1
DDVR
(1)
(2)
1
resistor−= 2
1
DD RV VI
R
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E para o MOSFET?(se na região de saturação)
Aplicando a lei das malhas:.DD D D DS
DD DSD
D
V R I V
V VI
R
= +−=
(2)(1)
Aplicando a lei do MOSFETna saturação:
18k= Ω
10V=
4V=1,816GSV V=
0,333mA
( )2GS t
D
V VWI kL 2n
−′=
Q
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Resolvendo esse problema graficamenteExemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é,
kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
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Exemplo 4.7 O PMOS e o NMOS do circuito abaixo são casados, isto é, kn´(W/L)= kp´(W/L) = 1 mA/V2 e Vtn = - Vtp = 1V. Considerando λ = 0 para ambos, determine IDN e IDP e vo para vi = +2,5V, −2,5V e 0V.
Resolvendo esse problema graficamente
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Exemplo 4.8!!!!! e 4.12!!!
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OS MOSFET tipo Depleção
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NMOSFET Tipo Depleçãoapresenta canal implantado entre fonte e dreno)
N+ N+
P
Porta(G-Gate)
Dreno(D-Drain)
Fonte(S-Source)
Substrato(B-Body)
N
Canal implantado
MOS
NMOSFET Tipo Depleção
NMOSFET Tipo Enriquecimento
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NMOSFET Tipo Depleção (Vt < 0)
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NMOSFET Tipo Depleção (Vt < 0)
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Características ID-VGS(Tipo Enriquecimento e tipo Depleção)
Figura 5.23
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