Transistor MOSFET: Funcionamento e Tipos

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TRANSISTOR TIPO MOSFET 
Rodrigo dos Santos Domingos RA 1254
 
Rodrigo dos Santos Domingos RA 1254 
ECON5S 
Introdução 
 
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 N 
MOSFET ou P MOSFET. 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 forma 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. 
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 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. 
 
MOSFET tipo Depleção 
 
 Ele é uma parte d e material tipo n com uma região p à direita e uma porta isolada à 
esquerda. Os elétrons livres podem fluir da fonte para p 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. 
Com uma tensão de porta negativa a tensão Vdd força os elétrons livres a fluir da fonte 
para o dreno. Como em um JFET a tensão de porta controla a largura do canal. Quanto 
mais negativa a tensão da porta, menor a corrente de dreno. Quando a tensão da 
porta é suficientemente negativa, a corrente de dreno é cortada.Portanto, o 
funcionamento de um MOSFET é similar ao JFET quando Vez é negativa.Como a porta 
do MOSFET está eletricamente isolada do canal , podemos aplicar uma tensão 
positiva na porta, essa tensão positiva aumenta o número de elétrons livres que 
fluem através do canal.Quanto maior a tensão positiva, maior a condução da 
fonte para o dreno. 
A operação no modo depleção se dá quando Vgs está entre Vgs (off) e zero, quando 
Vgs maior que zero temos a operação no modo intensificação. 
Um MOSFET no modo de depleção é o único porque pode operar com tensões na porta 
positiva ou negativa. Por isso, podemos estabelecer o ponto Q e m = 0 v, no meio da 
reta de carga. Quando o sinal de entrada é positivo, ele aumenta a acima de. Quando o 
sinal de entrada é negativo, ele diminui abaixo de. Pelo fato de não existir a junção pn a 
ser polarizada, a resistência de entrada do MOSFET permanece muito alta. A 
possibilidade de usar o valor zero para nos permite montar o circuito de polarização 
muito simples da figura abaixo. Pelo fato de ser zero, = 0 v. 
Pelo fato de o MOSFET-D ser um dispositivo normalmente em condução, é possível 
também usar a auto polarização adicionando-se um resistor de fonte. A operação fica 
semelhante à de um circuito JFET com autopolarização. Os amplificadores com 
MOSFETs-D tem um ganho de tensão relativamente baixo. Uma das principais 
vantagens deste dispositivo é sua resistência de entrada extremamente alta. Isso nos 
permite usar o dispositivo quando a carga para o circuito for um problema. Além disso, 
os MOSFETs têm a excelente propriedade de baixo ruído. 
Essa é a vantagem definitiva para qualquer estágio inicial de um sistema em que o sinal 
é fraco; é muito comum em muitos tidos de circuitos eletrônicos de comunicação. 
 
MOSFET tipo Intensificação 
 
A diferença entre o MOSFET tipo intensificação (MOSFET-E) e o MOSFET 
tipo depleção (MOSFET-D) é com relação ao seu substrato, nos tipo intensificação o 
substrato estende-se até o dióxido de silício. 
O MOSFET-E possui uma tensão mínima para seu funcionamento, chamada 
tensão de limiar, isto é, uma tensão que a partir dela é possível obter uma camada entre 
o dióxido de silício e o substrato permitindo assim um fluxo de elétrons (corrente de 
dreno) entre fonte e dreno, a partir deste momento o MOSFET-E possui uma 
configuração semelhante ao MOSFET-D, vale lembrar que o controle da corrente neste 
dispositivo no caso canal n é realizado por uma tensão positiva porta-fonte, o que não 
ocorria para o JFET de canal n e MOSFET-D de canal n, onde este controle era feito por 
tensões negativas. 
Outras características: 
A curva de transferência não é definida pela equação de Schocley. 
A corrente de dreno é cortada antes da tensão porta-fonte atingir determinado valor. 
Devido a sua tensão de limiar, o MOSFET-E é ideal para ser usado como um 
dispositivo de chaveamento. Quando a tensão da porta é maior do que a tensão de 
limiar, o dispositivo conduz. Essa ação liga-desliga é à base de funcionamento dos 
computadores. 
 
Importância da tensão Porta-Fonte 
 
Quando nos deparamos com um novo projeto usando transistores d e efeito de campo 
(Fez) nos é exigido atenção a alguns dados na escolha de qual tipo de transistor usar. 
Em nível de simplificação temos duas situações, uma na escolha de transistores do tipo 
J FET e D-MOSFET, para os dois tipos é fundamental conhecer, ES (corrente Max ima) 
e Vgs (off) tensão porta-fonte onde há desligamento do transistor. Quando a escolhe é 
de um transistor E-MOSFET, cabe a projetista conhecer Id (on) (corrente inicia a 
operação), V gs (th) (tensão Vgs de limiar, mínimo valor para cria a camada de inversão 
tipo n) e Vgs (on) (tensão onde inicia operação). Os MOSFETs possuem uma camada 
muito final de dióxido de silício, um isolante que impede o fluxo de corrente de porta, 
tanto para tensões negativas, quanto para positivas. É fundamental que esta camada seja 
o mais fina possível, pois quando isso ocorre há um controle maior sobre a cor rente de 
dreno (Id). Como está camada é muito fina, é fácil destruí-la quando se aplica u ma 
tensão porta- fonte muito alta. Por exemplo, um transistor que tem especificação de 
Vgs (Max) de +-30 v. Se a tensão porta-fonte for maior em módulo que 30 v, a fina 
camada de dióxido de silício irá ser destruída. Entretanto não é só isto, quando se retira 
e recoloca-se o transistor com a fonte de alimentação ligada, devido ao efeito de cargas 
indutivas e outros efeitos, pode haver um excesso de Vgs (Max), fazendo com que o 
transistor torne-se inutilizável. 
Quando transportando os MOSFET também é necessário muito cuidado, devida ao 
deposito de carga estática, outro fator que causa excesso de Vgs (Max). Para evitar 
excesso de Vgs (Max) pode ser colocado um diodo Zener em paralelo com a porta e a 
fonte, de tensão menor que a especificação de V gs (Max). Assim o diodo Zener atinge 
a ruptura antes de haver dano na camada de dióxido de silício. Entretanto há uma 
desvantagem, pois quando há diodo Zener interno há uma redução da resistência de 
entrada. Só são usados diodos internos para aplicações onde há fácil destruição sem o 
uso do Zener. 
 
Curvas de dreno MOSFET tipo intensificação 
Um MOSFET –E tem como a curva mais baixa de VGS (th) onde a corrente de dreno é 
aproximadamente zero. Quando V GS for maior que VGS (th), o MOSFET entra em 
condução e a corrente de dreno é controlada pela tensão na porta. 
Existem duas partes no gráfico de dreno, uma é a região ôhmica e as partes horizontais 
são a região ativa. Quando polarizado na região ôhmica o MOSFET-E equivale a um 
resistor e polarizado na região ativa, ele é equivalente a uma fonte de corrente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
 
MALVINO, AP. ELETRÔNICA. VOLUME 1. 4ª Edição. São Paulo. Pearson Makron 
Books 
 
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E 
TEORIA DE CIRCUITOS. 6 ª Edição. Rio de Janeiro. Prentice-Hall do Brasil.