MOSFET: O MOSFET canal p e a Resistência de Saída Aula 3

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1 MOSFET: O MOSFET caal p e a Resisêcia de Saída Aula 3 47 Aula Maéria Cap./págia 1ª 03/08 Elerôica PS33 Programação para a Primeira Prova Esruura e operação dos rasisores de efeio de campo caal, caracerísicas esão-corree. Sedra Cap. 4 p ª 05/08 edução da equação de corree do MOSFET caal, resisêcia de saída a sauração, Exemplo 4.1. Sedra, Cap. 4 p ª 10/08 Caracerísicas do MOSFET caal p, efeio de corpo, sumário, exercícios. Sedra, Cap. 4 p ª 1/08 Polarização cc. Exemplos 4., 4.5 e 4.6. O MOSFET como amplificador e como chave (apeas desacar a curva de rasferêcia Sedra, Cap. 4 p ª 17/08 O MOSFET como amplificador, modelo equivalee para pequeos siais, Exemplo Sedra, Cap. 4 p ª 19/08 Cofigurações básicas de eságios amplificadores MOS. Coceiuação. Foe comum e foe comum com resisêcia de foe. Sedra, Cap. 4 p ª 4/08 Resposa em baixa frequêcia do foe comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p ª 6/08 Resposa em ala frequêcia do foe comum Sedra, Cap. 4 Sedra, Cap. 4 p ª Aula de ExAula avulsa de exercícios (horário 13:00h 15:00h 1a. Semaa de provas (9/08 a 0/09/016 aa: xx/xx/016 (xx feira Horário: xx:xxh 48 1

2 3ª Aula: O Trasisor de Efeio de Campo ealhes o fucioameo do MOSFET caal Caracerísicas do MOSFET caal p - Ao fial desa aula você deverá esar apo a: - isiguir o MOSFET caal do MOSFET caal p - Explicar efeios de seguda ordem presees as leis do MOSFET - Empregar em circuios as equações do MOSFET - Aalisar circuios de polarização com rasisores FET - Projear circuios elerôicos com MOSFETS 49 Resumido o NMOSFET Região Triodo (V > V : 0< V S V -V Parabólica V S ( V V VS r ε ε S (superfície =450cm /Vs p(superfície =100cm /Vs 1 = 0, F / 1 si = 1 10 F / cm C = 1 C cm iear { se V S << (V -V } V v V S Região de Sauração (V > V : 0< V -V V S ( V V ε ode k = =.C x (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ] Região de Core: V V ou V -V 0 =0

3 Caracerísicas de Corree-Tesão do NMOSFET Tipo Eriquecimeo ( V V V >V V S ( V V VS Um Modelo de Circuio para a Região de Sauração (V S > V V imiar ere riodo e sauração: v S = v -V ( V V Modelo Geral, válido para qualquer sial (AC ou C a região de sauração 3

4 Exemplo 4.5 Aalise o circuio abaixo e deermie odas as esões os ós e correes os ramos. Cosidere V = 1,0 V e k =0,0 ma/v e (/ = 50/1 m/m 5V!!! G = 0 Resumido o NMOSFET Região Triodo: Parabólica = k Região de Sauração: 0< V S V -V V S ( V V VS ( V V Equações de =f(v, V S de 1 a Ordem 0< V -V V S ε ode k = =.C x iear ( se V S << V -V Região de Core: V V ou V -V 0 =0 C V v S rs = 1 C V (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ] Exemplo 4.5 Aalise o circuio abaixo e deermie odas as esões os ós e correes os ramos. Cosidere V = 1,0 V e k =0,0 ma/v e (/ = 50/1 m/m Supodo a Sauração! Região de Sauração: ( V V 0< V -V V S ε ode k = =.C x (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ] 5V!!! G = 0 = ( V V k Equação da malha de erada: 5V = V + R V = 5V R S S V ma (5 V RS V = 1 V ma ma = 1 (5V R 1 1 (4 6 S = k V V ma = 1 (16 48k = k V 5 ± ± 49 5 ± 7 0,89mA = = = ,50mA Se = 0,89mA V = 6k = 5,34 V ( > V ou ( > V V S G G Se = 0,5mA V = 6k = 3V e V = 10 3 = 7V S VS = 7 3 = 4V e VS > V V ( sauração 4

5 Região de Sauração V S > V V imiar ere riodo e sauração: v S = v -V NMOS VS fixo! SATURAÇÃO! NMOS a sauração ( V V A Resisêcia de Saída Fiia a Sauração (modulação do comprimeo de caal TOTA = + adicioal Δ com VS adicioal TOTA r o ΔV V VA VA 1 = = = Δ λ V S ΔV V S V TOTA = + r S O = + V λ = ( 1 +λv TOTA S TOTA S 5

6 A Resisêcia de Saída Fiia a Sauração (modulação do comprimeo de caal Δ com VS adicioal TOTA ΔV = ( 1 +λv S TOTA TOTA ( V V (1 + λ.v S Modelo de circuio equivalee para grades siais de um NMOSFET operado em sauração icorporado r 0 = + adicioal TOTA = ( 1 +λv S TOTA ode λ = 1 V A V 1 i (. REA + λ vs r o = 1 λ idealizado 6

7 Modelo de circuio equivalee para grades siais de um NMOSFET operado em sauração icorporado r 0 1 i = ( ( 1 k + λ. REA v V vs i iadicioal r o 1 1 = ode λ = λ V A NMOSFET (cosiderado λ Região Triodo (V > V : 0< V S V -V Parabólica V S ( V V VS Região de Sauração (V > V : 0< V -V V S β FET k S eff (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ( VG S V ] = ( 1 + λv ε ode k = =.C x r ε ε iear { se V S << (V -V } S (superfície =450cm /Vs p(superfície =100cm /Vs 1 = 0, F / 1 si = 1 10 F / cm C = 1 C cm V v V S Região de Core: V V ou V -V 0 =0 7

8 O MOSFET o SPCE (quics Uma Palavra sobre a Região de Core V < V Supusemos que quado V < V o MOSFET esá compleamee corado No eao quado V levemee meor que V um pequea corree flui É a chamada região de sub-limiar (sub-hreshold, ode o fudo guarda uma relação expoecial com V Essa região de sublimiar ecora um úmero cada vez maior de aplicações os dias de hoje pois cosome meos poêcia 8

9 O Trasisor MOSFET - Caal P (PMOS V S egaivo! V egaivo! Pora(G Foe(S reo( P P+ N Subsrao (B Caracerísicas de Corree-Tesão do NMOSFET e do PMOSFET (ipo eriquecimeo PMOS (V < 0!!! NMOS V <V V >V 9

10 NMOSFET NMOSFET (cosiderado λ (eriquecimeo Região Triodo (V > V : 0< V S V -V Parabólica V S ( V V VS V, V S e V > 0 Região de Sauração (V > V : 0< V -V V S ( V V ( 1 + λv (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ] ε S ode k = =.C x r ε ε S (superfície =450cm /Vs p(superfície =100cm /Vs 1 = 0, F / 1 si = 1 10 F / cm C = 1 C cm iear { se V S << (V -V } V v V S Região de Core: V V ou V -V 0 =0 PMOSFET (eriquecimeo Região Triodo: Parabólica p V -V V S < 0 e V < V V S ( V V VS V, V S e V < 0 iear ( se V S << V -V r S ε ε (superfície =450cm /Vs p(superfície =100cm /Vs 1 = 0, / 1 si = 1 10 F / cm C = 1 p C p F cm V v V S Região de Sauração: V S V -V < 0 e V < V Região de Core: V V ou V -V 0 =0 ( V V ( 1 + λ p V ode S (Parâmero de Trascoduâcia do processo [A/V ] ε.c p k p = = x p 10

11 Caracerísicas de Corree-Tesão do NMOSFET e do PMOSFET ipo Eriquecimeo Trasisor NMOSFET, V S 100mV e aplicado V V > V, há caal, 0, Trasisor coduz > V (esão de limiar, ou hreshold V = 0 ( V V f V + γ[. φ + V SB. φ ] f V SB 0 camada de iversão camada de depleção Tesão de imiar de Corpo γ = Poecial de superfície φ 0,6V f qn A ε s C 0,4 1/ [ V ] 11

12 O Efeio da Temperaura Tao V como k são sesíveis à emperaura: p V S ( V V VS V dimiui (em módulo mv/ C ( aumea k dimiui com a emperaura e é o efeio domiae Assim, para um mesmo V S, MNU com o AUMENTO da emperaura Perfil de um Circuio egrado CMOS 1

13 O que esá por rás do aúcio da el

14 O que esá por rás do aúcio da el EEE Specrum: 9 May 011 as edesday, el aouced a big chage o he elecroic swiches a he hear of is CPUs. Goig forward, he firm will be usig hree-dimesioal rasisors o ake he place of log-used plaar devices. The ew rasisors dubbed "ri-gaes" are a variaio o he FiFET, a rasisor desig ha subsiues he fla chael hrough which elecros flow wih a 3- ridge, or fi. Poppig he chael ou of plae ad drapig he gae which swiches he rasisor o ad off over i will allow el o shrik he smalles feaures i is rasisors from 3 aomeers o m while cuig power cosumpio i half. This fea would be impossible o do wih he rasisor desig he compay had bee usig. O que esá por rás do aúcio da el How did his 3- desig wi is way io producio? e asked he coiveor of he FiFET, EEE Fellow Chemig Hu, a professor emerius a he Uiversiy of Califoria, Berkeley, how he ew rasisors go heir sar, why we eed hem ow, ad where hey will go from here. hp:// hp:// 14

15 O que esá por rás do aúcio da el Published: 1999 O que esá por rás do aúcio da el EEE Specrum: How did he idusry reac o he FiFET paper? Chemig Hu: was a isa hi. remember Cahy ad were ivied o el Saa Clara jus a couple of mohs afer he publicaio, ad i ha same year, 000, was ivied o el Orego wice. A he ime, people were askig me how log i would ake for he idea o ge io producio. said abou 10 years, so guess was off by oe

16 O primeiro FiFET do Brasil (PS-Poli-USP 16 16