Apresentação transistor MOSFET

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Visão Tridimensional do MOSFET
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
O transistor MOSFET é um transistor de efeito de campo, assim como o JFET. Porém, 
sua construção e funcionamento são diferentes.
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Estrutura do Transistor MOSFET
BOYLESTAD, R. L. e NASHELSHY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ª ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004. 
B
Em vermelho 
temos 
destacados os 
terminais do 
transistor.
MOSFET significa: Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor. Em português: 
Transistor de Efeito do Campo entre Metal-Óxido-Semicondutor. Ele é formado por duas 
regiões laterais de um certo tipo de semicondutor separadas por um substrato de 
semicondutor de tipo diferente. O substrato fica isolado de um contato metálico chamado 
porta (G) que se localiza logo acima dele. Como isolante usamos o óxido de silício 
(SiO2). As regiões laterais recebem o nome de dreno (D) e fonte (S). Um quarto terminal 
para o substrato (B) também existe, porém raramente ele está disponível nos 
componentes discretos. Normalmente, o terminal do substrato está internamente curto-
circuitado com o terminal de fonte. Quando o substrato é de semicondutor do tipo-p, 
chamamos o transistor de MOSFET canal-n. Quando o substrato é de semicondutor do 
tipo-n, chamamos o transistor de MOSFET canal-p. Parece contraditório?
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Formação do Canal
BOYLESTAD, R. L. e NASHELSHY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ª ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004. 
Se o substrato for do tipo-p, quando aplicamos uma tensão positiva no terminal de porta, 
as cargas elétricas positivas provenientes da fonte se acumulam no contato metálico. Pela 
ação da força elétrica, as cargas positivas acumuladas no contato repelem as cargas 
positivas majoritárias do substrato e atraem as cargas negativas. As cargas negativas 
atraídas se acumulam em uma fina camada logo abaixo do isolante. Essa camada é
chamada de canal. Como, nesse caso, o canal é formado por elétrons, nós chamamos de 
canal-n. Portanto, um transistor MOS com um substrato de semicondutor tipo-p forma 
um canal do tipo-n. O caso contrário também é verdadeiro: um transistor MOS com 
substrato de semicondutor tipo-n forma um canal do tipo-p. O canal forma uma ligação 
entre o terminal de dreno e o terminal de fonte, favorecendo a passagem da corrente 
quando aplicamos uma tensão entre dreno e fonte.
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Canal Induzido
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
Como antes de aplicarmos tensão no terminal de porta o canal não existia, nós nos 
referimos a esse canal como canal induzido. Porém, a formação do canal não é imediata. 
Quando aplicamos uma tensão no terminal de porta, a indução do canal não é
instantânea. Existem muitos portadores positivos (lacunas) no substrato tipo-p. Conforma 
nós aplicamos tensão sobre o terminal de porta, essas lacunas vão sendo repelidas e os 
elétrons atraídos gradativamente. Existirá um momento onde, para uma dada tensão 
aplicada, o número de elétrons e lacunas se tornará igual. Essa tensão é chamada de 
tensão de limiar (VTH). Qualquer tensão acima de VTH fará com que o número de elétrons 
supere o número de lacunas, criando o canal. A partir desse ponto, o transistor está
pronto para conduzir corrente entre dreno e fonte. Note que NÃO existe corrente de 
porta, uma vez que o terminal de porta está isolado do canal através do óxido.
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Condução de Corrente na Região Linear
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
VGS > VTH
VDS pequeno.
Uma vez que o canal tenha se formado, quando aplicamos uma tensão pequena entre 
dreno e fonte, surgirá uma corrente através do canal. Essa corrente é chamada de corrente 
de dreno (ID). Para valores pequenos de VDS, o canal quase não sofre modificações. 
Portanto, a corrente de dreno possui toda a espessura do canal para atravessar do terminal 
de dreno para o terminal de fonte.
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Região de Condução Linear
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
A condutância do 
canal é controlada 
pelo VGS e a corrente 
é proporcional ao 
VDS.
Nesse caso, pequenas variações do valor de VDS geram variações aproximadamente 
proporcionais de ID, fazendo com o que o transistor se comporte como se fosse um 
resistor. A tensão VGS, amplia ou diminui a espessura do canal, modulando a condutância 
dessa passagem, ou seja, quanto maior o valor de VGS, menos resistivo fica o canal e 
vice-versa. Para cada valor de VGS temos um curva única que se aproxima de uma linha 
reta para pequenos valores de VDS. Isso é observado logo no início do gráfico.
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Estreitamento do Canal
BOYLESTAD, R. L. e NASHELSHY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ª ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004. 
Quando aplicamos uma tensão de dreno de valor maior, ocorre um diferença de tensão 
VDS através do canal. Na extremidade próxima ao terminal de fonte a tensão no canal 
vale VGS, pois a tensão da fonte é nula. Na extremidade próxima ao terminal de dreno a 
tensão no canal cai para VGS-VDS, pois a tensão do dreno é VDS. Como a tensão do canal 
próxima ao terminal do dreno diminui conforme a tensão do dreno aumenta, o canal 
nesse ponto começa a se estreitar. O estreitamento do canal faz com que a condutância 
do canal diminua, ou seja, o canal fica mais resistivo. Isso faz com que a corrente perca a 
aproximação linear vista anteriormente. Quanto maior o valor de VDS, mais estreito o 
canal perto do dreno e, portanto, maior a dificuldade de aumentar a corrente. Isso faz 
com que o gráfico de ID por VDS sofra uma inflexão. O canal se estreitará até que VGS-
VDS=VTH ou, de forma equivalente, VDS=VGS-VTH. Quando a tensão sobre o canal 
próximo a extremidade do dreno se iguala a VTH dizemos que o canal está estrangulado.
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Curva ID × VDS
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
Conforme visto na figura anterior, nós podemos separar o funcionamento do transistor 
em duas partes distintas: antes do estrangulamento e após o estrangulamento. Antes do 
estrangulamento, ou seja, para tensões VDS<VGS-VTH, dizemos que o transistor está
operando na região triodo, termo remanescente do tempo das válvulas. No início da 
região triodo, para pequenos valores de VDS a relação corrente-tensão é quase linear. A 
partir do estrangulamento, para VDS≥VGS-VTH, o transistor entra em operação na região 
de saturação. Teoricamente, a partir desse ponto, a corrente de dreno não sofre mais 
alterações. A igualdade entre VDS e VGS-VTH é chamada de tensão de saturação, ou seja, 
VDSsat=VGS-VTH.
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Curva ID × VGS
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
Relembrando o que foi dito anteriormente: “[...] a corrente de dreno possui toda a 
espessura do canal para atravessar do terminal de dreno para o terminal de fonte.”
Portanto, quanto maior a tensão aplicada no terminal de porta, maior será a espessura do 
canal, proporcionando uma passagem mais larga para os portadores. Na prática isso 
significa que a condutância do canal é maior para tensões VGS maiores e, portanto, 
podemos obter correntes mais elevadas para esses valores maiores de VGS. Com o 
transistor trabalhando na região de saturação, um aumento do valor de VGS faz com que a 
corrente de dreno aumente segundo uma lei quadrática. Desse modo, a curva ID×VGS
segue uma função parabólica. Note pelo gráfico que a corrente começa a fluir apenas 
quando a tensão VGS atinge o valor VTH.
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Equações do MOSFET
De acordo com a região de operação, devemos utilizar uma equação apropriadapara o 
transistor. Cada uma das equações reflete um comportamento característico específico 
para a sua região de operação. O fator 0,5⋅kn⋅W/L é uma constante do transistor. Vamos 
definir que β= 0,5⋅kn⋅W/L. Assim, para a região de saturação a corrente de dreno vale 
ID=β⋅(VGS-VTH)2. Para a região de triodo temos ID=2⋅β⋅((VGS-VTH)⋅VDS-0,5⋅VDS2).
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Símbolo Elétrico
SEDRA, A. S. e SMITH, K.C.. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2000. 
Na coluna a esquerda temos o símbolo oficial do transistor MOS. Na coluna do meio 
temos o símbolo alternativo, também bastante usado. Na coluna da direita temos um 
circuito com o MOSFET definindo as convenções de corrente e tensão. Preste atenção 
nas polaridades das fontes. A primeira linha representa o transistor MOS canal-n, 
também chamado de NMOS. A segunda linha é para o transistor canal-p, também 
chamado de PMOS.