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Transistores Unipolares - JFET e MOSFET

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JFET / MOSFET 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sete Lagoas/MG 
Fevereiro de 2009. 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
2 
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 ) 
Transistores Unipolares 
FET / JFET / MOSFET 
 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
3 
Índice Analítico 
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 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
4 
Introdução 
A invenção 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). 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
5 
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. 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
6 
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. 
 
 
 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
7 
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 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
8 
1.6 – Polarização e Retade 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 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
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: 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
10 
 
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. 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
11 
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). 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
12 
 
 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
I
D
I
Dss
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 = KV
2
, 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. 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET13 
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 - VGSVGS corte
(
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
14 
 
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
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
15 
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
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
16 
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. 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
17 
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). 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
18 
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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19 
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. 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
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
VDS
I
D
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 MOSFETEletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e 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) 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
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 : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Eletrônica Analógica I • Transistores Unipolares: FET, JFET e MOSFET 
 
 
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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