MOSFET: Transistor de Efeito de Campo

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UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
1
TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO 
(MOSFET) 
 
O semicondutor FET de óxido metálico, 
ou MOSFET (abreviação direta do inglês: 
Metal Oxide Semicondutor Field Effect 
Transistor) tem uma porta, uma fonte e 
um dreno. Ao contrário do JFET, 
entretanto, a porta é isolada do canal. 
Por isso, a corrente da porta é 
extremamente pequena seja a porta 
positiva ou negativa. Às vezes o 
MOSFET é chamado IGFET, que quer 
dizer FET com porta isolada (Insulated 
Gate). Este capítulo discute os circuitos 
básicos de polarização, de amplificação e 
de chaveamento do MOSFET. 
 
O MOSFET TIPO DEPLEÇÃO 
 
A figura 94 mostra um MOSFET de canal 
n, uma barra condutora de material n 
com uma região p à direita e uma porta 
isolada à esquerda. Os elétrons livres 
podem fluir da fonte para o dreno através 
do material n. A região p é chamada 
substrato (ou corpo); ela reduz 
fisicamente o percurso condutor 
formando um canal estreito. Os elétrons 
que fluem da fonte para o dreno tem que 
passar através desse canal estreito. 
 
É depositada uma camada fina de 
dióxido de silício (SiO2) do lado esquerdo 
do canal. Dióxido de silício é o mesmo 
que vidro, que é um isolante. Num 
MOSFET a porta é metálica. 
 
Pelo fato da porta ser isolada do canal, 
flui uma corrente da porta desprezível, 
mesmo quando a tensão da porta é 
positiva. O diodo pn que existe num JFET 
foi eliminado no MOSFET. 
 
MODO DE DEPLEÇÃO 
 
A figura 95-A mostra um MOSFET com 
uma porta negativa. A alimentação VDD 
força os elétrons livres a passarem da 
fonte para o dreno. Estes elétrons fluem 
através do canal estreito à esquerda do 
substrato p. 
 
Como antes, a tensão da porta pode 
controlar a largura do canal. Quanto mais 
negativa a tensão da porta, menor a 
corrente do dreno. Quando a tensão da 
porta é suficiente negativa, a corrente do 
dreno é cortada. Portanto, com tensão 
de porta negativa, o funcionamento de 
um MOSFET é semelhante ao de um 
JFET. Pelo fato da ação com uma porta 
negativa dos elétrons livres, depender da 
depleção do canal, chamamos a 
operação da porta negativa com modo 
depleção. 
 
 
Mosfet do tipo depleção 
 
FIGURA 94 
 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
1 
MODO DE INTENSIFICAÇÃO 
 
Como a porta de um MOSFET é isolado 
do canal, podemos aplicar uma tensão 
positiva à porta como mostra a figura 95-
B. A tensão positiva da porta aumenta o 
número de elétrons livres que fluem 
através do canal. Quanto mais positiva a 
tensão da porta, maior a condução da 
fonte ao dreno. O funcionamento do 
MOSFET com uma tensão positiva da 
porta depende da intensificação da 
condutividade do canal. Por esta razão, a 
operação com porta positiva (figura 95-B) 
é chamada de modo de intensificação. 
 
Devido à camada de isolação, flui uma 
corrente desprezível na porta em ambos 
os modos de operação. A resistência de 
entrada de um MOSFET é incrivelmente 
alta, tipicamente de 10.000 MΩ até acima 
de 10.000.000 MΩ. 
 
CURVA DO DRENO 
 
A figura 96-A mostra curva do dreno 
típicas para um MOSFET de canal n, 
juntamente com uma linha de carga cc 
para um circuito de fonte comum. 
Observe que as curvas de cima tem um 
VGS positivo e as curvas de baixo tem um 
VGS negativo. A curva mais abaixo de 
todas é dada para VGS = VGS (desligada). 
Ao longo dessa curva, a corrente do 
dreno é aproximadamente 0. Quando VGS 
se situa entre VGS(desligado) e zero, 
temos o modo de operação de depleção. 
Por outro lado, VGS maior do que zero 
resulta no modo de operação de 
intensificação. 
 
CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA 
 
A figura 96-B representa a curva de 
transcondutância de um MOSFET. IDSS 
ainda representa a corrente do dreno 
com a porta em curto. Mas agora a curva 
se estende para a direita da origem, 
como mostra a figura. A relação entre a 
corrente do dreno e a tensão da porta 
fonte ainda é parabólica e, assim sendo, 
podemos usar a equação da lei 
quadrática. 
 
ID = IDSS 1 - VGS 2 
 VGS (desligado) 
 
Esta equação é idêntica à equação da lei 
quadrática de um JFET. O valor de VGS, 
entretanto, agora pode ser positivo ou 
negativo. 
 
 
(a) Modo de depleção. (b) Modo de intensificação 
 
FIGURA 95 
 
 
Os MOSFETs com uma curva de 
transcondutância como a da figura 96-B 
são mais fáceis de polarizar do que os 
JFETs porque podemos usar o ponto Q 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
4
mostrado na figura 96-C. Com este ponto 
Q, VGS = 0 e ID = IDSS. Estabelecer um 
VGS de zero é fácil, não é necessário 
nenhuma tensão cc na porta. 
 
NORMALMENTE LIGADO 
 
O MOSFET que acabamos de descrever 
é chamado de MOSFET do topo de 
depleção, que pode Ter corrente de 
dreno tanto no modo de depleção quanto 
no modo de intensificação. Como este 
tipo de MOSFET conduz quando VGS = 0, 
também é conhecido como um MOSFET 
normalmente ligado. 
 
SÍMBOLO ESQUEMÁTICO 
 
 A figura 97-A mostra o símbolo 
esquemático de um MOSFET do tipo de 
depleção. Logo à direita da porta está a 
linha vertical fina que representa o canal. 
O terminal do dreno sai pelo topo do 
canal, e o terminal da fonte está ligado à 
parte de baixo. A seta no substrato p 
aponta para o material n. Em algumas 
aplicações, pode-se aplicar uma tensão 
ao substrato para um controle adicional 
da corrente do dreno. Por esta razão, 
alguns MOSFETs tem quatro terminais 
externos. 
 
Na maioria das aplicações o substrato é 
ligado à fonte, o que resulta num 
dispositivo com três terminais cujo 
símbolo esquemático aparece na figura 
97-B. 
 
Há também um MOSFET do tipo de 
depleção de canal p. Ele é formado por 
uma barra de material p com uma região 
n à direita e uma porta isolada à 
esquerda. O símbolo esquemático de um 
MOSFET de canal p, é análogo ao do 
MOSFET de canal n com exceção da 
seta que aponta para fora. No restante 
deste capítulo, enfatizaremos o MOSFET 
de canal n. O funcionamento do 
MOSFET de canal p é complementar, o 
que significa que todas as correntes e 
tensões são invertidas. 
 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
4 
(a) Curvas do dreno. (b) Curvas de transcodutância (c) Ponto Q conveniente 
 
FIGURA 96 
 
POLARIZAÇÃO DO MOSFET DO TIPO 
DEPLEÇÃO 
 
Pelo fato dos MOSFETs do tipo de 
depleção poderem operar no modo de 
depleção, todos os métodos de 
polarização discutidos para os JFETs 
podem ser usados. Eses incluem a 
polarização da porta, autopolarização, 
polarização por fonte de corrente. 
 
Além desses métodos de polarização, 
você tem uma outra opção com os 
MOSFETs do tipo de depleção. Como um 
MOSFET do tipo de depleção pode 
operar tanto no modo de depleção 
quanto no modo de instensificação, 
podemos fixar o seu ponto Q em VGS = 0, 
como mostra a figura 98-A. 
 
Então, um sinal CA de entrada na porta 
pode produzir variações acima e abaixo 
do ponto Q. A possibilidade de se usar 
VGS zero constitui uma vantagem quando 
se tiver que fazer a polarização. 
 
Ele permite o uso de um circuito único de 
polarização como o da figura 98-B. Este 
circuito não tem nenhuma tensão 
aplicada à porta ou à fonte. 
 
Portanto VGS = 0 e ID = IDSS. A tensão cc 
de dreno é VDS = VDD – IDSSRD. 
 
 
 
Símbolos esquemático para o MOSFET do tipo de depleção com canal n 
 
FIGURA 97 
 
A polarização zero da figura 98-A é única 
com MOSFETs do tipo de depleção; ela 
não funciona com o transistor bipolar ou 
com um JFET. 
 
APLICAÇÕESDO MOSFET DO TIPO 
DE DEPLEÇÃO 
 
Depois do MOSFET do tipo de depleção 
Ter sido polarizado num ponto Q, ele 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2
pode amplificar pequenos sinais 
exatamente como o faz um JFET. Os 
amplificadores MOSFET são 
semelhantes aos amplificadores JFET. 
Por exemplo, um amplificador MOSFET 
SC tem um ganho de tensão sem carga 
de –gmRD, um MOSFET seguidor de 
fonte tem uma impedância de saída de 
1/gm e assim por diante. 
 
Polarização zero do MOSFET do tipo de depleção 
 
FIGURA 98 
 
Se a impedância de entrada de umJFET 
não for suficientemente alta, você pode 
usar um MOSFET. Ele forma um 
amplificador buffer praticamente ideal 
porque a porta isolada significa que a 
resistência de entrada aproxima-se de 
infinito. Além disso, os MOSFETs tem 
excelentes propriedades de baixo ruído, 
uma vantagem definitiva para qualquer 
estágio próximo da parte de entrada de 
um sistema, onde o sinal é fraco. Como 
um JFET, o gm de um MOSFET pode ser 
controlado variando-se a tensão CC da 
porta. Por isso, os MOSFETs também 
servem de amplificadores de AGC. 
 
Alguns MOSFETs são dispositivos com 
porta dupla, o que significa que tem duas 
portas separadas, como o MOSFET do 
tipo de depleção com porta dupla 
mostrado na figura 99-A. Uma aplicação 
de dispositivo como este é, na montagem 
de amplificador cascode, como o da 
figura 99-B. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2 
 
(a) MOSFET de porta dupla. (b) Amplificador cascode usando MOSFET de porta depla. 
(c) Circuito equivalente 
 
FIGURA 99 
 
Por conveniência, o circuito usa 
polarização zero em cada porta. O sinal 
de entrada alimenta a porta inferior; a 
porta superior é aterrada. Devido a sua 
estrutura interna, o MOSFET de porta 
dupla é equivalente a um MOSFET 
alimentado um outro MOSFET, como 
mostra a figura 99-B. Aqui você pode 
reconhecer a ligação cascode; a metade 
inferior age como um amplificador SC, e 
a metade de cima funciona com um 
amplificador GC. Resultado, o 
amplificador cascode tem um ganho de 
tensão sem carga de –gmRD. 
 
O importante a se lembrar é que o 
MOSFET de porta dupla é uma forma 
conveniente de se montar um 
amplificador cascode. Este tipo de 
amplificador é útil em altas freqüências 
devido a sua baixa capacitância de 
entrada. Um amplificador cascode tem 
uma capacitância de entrada muito baixa 
do que um amplificador SC comum. 
 
EXEMPLO 
 
O 3N201 da figura 100 tem um gm de 
10.000µS. Calcule o ganho em tensão 
sem carga, a impedância de entrada e a 
impedância de saída em baixas 
freqüências. 
 
SOLUÇÃO 
 
O ganho de tensão sem carga é: 
 
A = -10.000µS X 1,8 KΩ = -18 
Em baixas freqüências a impedância de 
entrada é 1MΩ, o valor do resistor de 
retorno da porta. A impedância de saída 
é de aproximadamente 1,8 KΩ o valor do 
resistor do dreno. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2
 
Amplificador cascode 
 
FIGURA 100 
 
Em freqüências altas, as impedâncias de 
entrada e saída diminuem devido aos 
efeitos capacitivos. O amplificador 
cascode é importante porque seus efeitos 
capacitivos são muito menores do que os 
outros amplificadores. Uma aplicação 
comum para o amplificador cascode é em 
circuitos de RF. 
 
O MOSFET DO TIPO DE 
INTENSIFICAÇÃO 
 
Variando a estrutura interna de um 
MOSFET de canal n, podemos produzir 
um novo tipo de MOSFET que conduz 
somente no modo de intensificação. Este 
tipo de MOSFET é amplamente usado 
em microprocessadores e em memórias 
de computadores porque ele se comporta 
como uma chave normalmente desligada. 
Para se obter a corrente do dreno, você 
precisa aplicar uma tensão positiva à 
porta. 
 
CRIANDO A CAMADA DE INVERSÃO 
 
A figura 101-A mostra um MOSFET do 
tipo de intensificação de canal n. O 
substrato estende-se por toda a parte de 
dióxido de silício, fisicamente, não há 
mais um canal n entre a fonte e o dreno. 
 
Como ele funciona? A figura 101-B 
mostra a polaridade normal. Quando VGS 
= 0, alimentação VDD tenta forçar os 
elétrons livres da fonte para o dreno, mas 
o substrato p tem apenas alguns elétrons 
da banda de condução produzidos 
termicamente. Apesar destes portadores 
minoritários e de alguma fuga de 
superfície, a corrente entre a fonte e o 
dreno é zero. Por esta razão, o MOSFET 
do tipo de intensificação também é 
chamado MOSFET normalmente 
desligado. 
 
A porta e o substrato tipo p são como 
duas placas de um capacitor separadas 
por um dielétrico (SiO2). Quando a porta 
é positiva, ela induz cargas negativas no 
substrato p. Em outras palavras, a porta 
positiva atrai os elétrons livres da fonte 
para o canto esquerdo inferior da região 
p. Quando a porta é suficientemente 
positiva, ela pode atrair elétrons livres 
suficientes para formar uma camada fina 
de elétrons entre a fonte e o dreno. 
 
Colocando de outra forma, uma tensão 
positiva na porta joga elétrons livres no 
substrato p. Estes elétrons recombinam 
com algumas lacunas adjacentes ao 
dióxido de silício. Quando a tensão da 
porta é suficientemente positiva, todas as 
lacunas que encostam no dióxido de 
silício são preenchidas, e os elétrons 
livres começam a fluir da fonte para o 
dreno. O efeito é equivalente a se criar 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
8 
uma camada fina do material tipo n 
próximo ao dióxido de silício. Esta 
camada de elétrons livres é chamada de 
camada de inversão tipo N. 
 
TENSÃO DE LIMIAR 
 
O VGS mínimo que cria a camada de 
inversão tipo n é chamado tensão de 
limiar VGS (limiar). Quando VGS é menor do 
que VGS (limiar), flui uma corrente zero da 
fonte para o dreno. 
 
 
 
MOSFET do tipo de intensificação 
 
FIGURA 101 
 
Mas quando VGS for maior do que VGS 
(limiar), uma camada de inversão tipo n 
ligará a fonte ao dreno e obteremos uma 
corrente. 
 
VGS (limiar) pode variar de menos de 1V a 
mais de 5V, dependendo do dispositivo 
específico que está sendo usado. O 
3N169 é um exemplo de um MOSFET do 
tipo de intensificação. Ele tem uma 
tensão máxima de limiar de 1,5V. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
9
 
(a) Curvas de dreno (b) Curva de transcondutância (c) Exemplo 
 
FIGURA 102 
 
CURVA DE DRENO 
 
A figura 102-A mostra um conjunto de 
curva do dreno para um MOSFET do tipo 
de intensificação de canal n, juntamente 
com uma linha de carga cc para um 
circuito de fonte comum. A curva mais 
baixa é a curva de VGS (limiar). Quando VGS 
for menor do que VGS (limiar), a corrente do 
dreno será extremamente pequena. 
Quando VGS for maior do que VGS (limiar), 
flui uma corrente do dreno significativa, 
cuja intensidade depende do valor de 
VGS. 
 
CURVA DE TRANSCONDUTÂNCIA 
 
A figura 102-B é a curva de 
transcondutância. A curva é parabólica 
ou segue uma lei quadrática. O vértice da 
parábola situa-se em VGS (limiar). Por isso, 
a equação para a parábola é diferente da 
anterior. Agora ela é igual a: 
 
ID = K [VGS - VGS (limiar)]2 
 
Onde K é uma constante que depende do 
determinado MOSFET. 
 
As folhas de dados geralmente fornecem 
as coordenadas de um ponto da curva de 
transcondutância, como mostra a figura 
102-B. Depois de substituir ID (ligado), 
VGS (ligado) e VGS (limiar) na eq. acima, você 
precisa determinar o valor de K. Por 
exemplo, se um MOSFET do tipo de 
intensificação tiver ID (ligado) = 8 mA, VGS 
(ligado) = 5V e VGS (limiar)= 3V, a sua curva 
de transcondutância se parece com a da 
figura 102-C. Quando você substitui 
esses valores na eq., vem 
 
0,0008 = K(5 – 3)2 = 4K 
 
ou 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
10 
K = 0,002 
 
Portanto a equação de transcondutância 
da figura 102-C é 
 
ID = 0,002 (VGS – 3)2 
 
SÍMBOLO ESQUEMÁTICO 
 
Quando VGS = 0, o MOSFET do tipo de 
instensificação está desligado porque 
não há canal condutor entre a fonte e o 
dreno. O símbolo esquemático da figura 
103-A tem uma linha de canal 
interrompida para indicar a sua condição 
normalmente desligada. Como você 
sabe, uma tensão da porta maior do que 
a tensão do tipo n que liga a fonte ao 
dreno. A seta aponta para esta camada 
de inversão, que age como um canal n 
quando o dispositivo está conduzindo. 
 
Há também o MOSFET do tipo de 
intensificação com canal p. O símbolo 
esquemático é semelhante, com exceção 
da seta que aponta para fora, como 
mostra a figura 103-B. Num MOSFET do 
tipo de intensificação de canal p, todas as 
tensões e correntes são complementares 
às do MOSFET do tipo de intensificação 
com canal n. 
 
TENSÃO MÁXIMA DA PORTA-FONTE 
 
Os MOSFETs dos dois tipos, de 
depleção e de intensificação tem uma 
camada fina de dióxido de silício, um 
isolante que evita a corrente da porta 
para tensões da porta positiva e negativa. 
Esta camada isolante é mantida o mais 
fina possível para dar à porta maior 
controle sobre a corrente do dreno. Pelo 
fato da camada isolante ser tão fina, ela é 
facilmente destruída por uma tensão 
porta-fonte excessiva. Por exemplo, um 
2N3796 tem uma especificação VGS (max) 
de ± 30V. Se a tensão da porta-fonte 
tornar-se mais positiva do que ± 30V ou 
mais negativa do que –30V, você pode 
jogar fora o MOSFET porque a camada 
fina de isolante foi destruída. 
 
Além de aplicar diretamente um VGS 
excessivo, você pode destruir a fina 
película isolante de formas mais sutis. Se 
você retirar ou se inserir um MOSFET 
num circuito, enquanto a alimentação 
estiver ligada, tensões transientes 
causadas por ricochete indutivo e por 
outros efeitos podem exceder a 
especificação de VGS (max), isto inutiliza o 
MOSFET. Até o fato de pegar um 
MOSFET pode depositar carga estática 
suficiente para exceder a especificação 
de VGS (max). É esta a razão dos 
MOSFETs serem frequentemente 
embalados com um anel de arame em 
volta dos terminais. Você retira o anel 
depois do MOSFET Ter sido ligado ao 
circuito. 
 
Alguns MOSFETs são protegidos por 
diodos zener embutidos em paralelo com 
a porta e a fonte. A tensão zener é menor 
do que a especificação de VGS (max). 
Portanto o diodo zener arrebenta antes 
de qualquer dano ocorrer à fina camada 
isolante. A desvantagem desses diodos 
zener internos é que eles reduzem a alta 
resistência de entrada dos MOSFETs. 
Apesar disso, a troca é quase sempre 
válida em muitas aplicações porque os 
caros MOSFETs são facilmente 
destruídos em a proteção zener. 
 
POLARIZAÇÃO DOS MOSFETs DO 
TIPO DE INTENSIFICAÇÃO 
 
Com os MOSFETs do tipo de 
intensificação, VGS tem que ser maior do 
que VGS (limiar) para se obter corrente. Isto 
elimina a autopolarização, a polarização 
zero, porque todas elas operam no modo 
de depleção. Sobra a polarização da 
porta e a polarização por divisor de 
tensão. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2
 
 
FIGURA 103 
 
Estas duas funcionam com os MOSFETs 
do tipo de intensificação porque os dois 
tipos de polarização podem produzir o 
modo de intensificação. Além da 
polarização da porta e da polarização por 
divisor de tensão, há mais um método de 
polarizar os MOSFETs do tipo de 
intensificação. 
 
A figura 104-A mostra a polarização por 
realimentação do dreno, um tipo de 
polarização que você só pode usar com 
MOSFETs do tipo de intensificação. 
Quando o MOSFET está conduzindo, ele 
tem uma corrente de dreno de ID (ligado) e 
uma tensão de dreno de VGS (ligado). 
 
Como a corrente de porta é de 
aproximadamente zero, não aparece 
nenhuma tensão através de RG. Portanto 
VGS = VGS (ligado). Assim como a 
polarização por realimentação do coletor, 
o circuito da figura 104-A tende a 
compensar as mudanças nas 
características do FET. 
 
Se ID (ligado) tenta aumentar por qualquer 
razão, VDS (ligado) diminui. Isto reduz VGS, 
que compensa parcialmente o aumento 
inicial de ID (ligado). 
 
 
 
 
Polarização por realimentação do dreno. (a) Circuito (b) Ponto quiescente 
 
FIGURA 104 
 
A figura 104-B mostra o ponto Q na curva 
de transcondutância. Ele tem por 
coordenadas ID(ligado) e VDS (ligado). As 
folhas de dados para os MOSFETs do 
tipo de intensificação geralmente 
fornecem um valor de ID(ligado) para VGS = 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2 
VDS (ligado); isto ajuda na fixação do ponto 
Q. Em projetos, tudo o que você precisa 
fazer é escolher um valor de RD que 
estabeleça o VDS especificado. 
Colocando em fórmula: 
 
RD = VDD – VDS (ligado) 
 ID(ligado) 
 
Suponha que, por exemplo, a folha de 
dados de um MOSFET do tipo de 
intensificação forneça ID(ligado) = 3mA e 
VDS (ligado) = 10V. Se VDD = 25V, você 
pode escolher um RD de 5KΩ, como 
mostra a figura 105-A. Quando ID(ligado) = 
3 mA, VDS (ligado) = 10 mV. Portanto o 
MOSFET do tipo de instensificação está 
operando no seu ponto Q especificado 
(figura 105-B). 
 
 
 
 
FIGURA 105 
 
AMPLIFICADOR CC 
 
Um amplificador cc é aquele que pode 
operar sempre, até a freqüência zero, 
sem perda de ganho. 
 
Uma forma de se construir um 
amplificador cc, ou um amp. cc, é 
eliminar todos os capacitores de 
acoplamento e de passagem. 
 
A figura 106 mostra um amplificador cc 
usado MOSFETs. O estágio de entrada é 
um MOSFET do tipo de depleção com 
polarização zero. O segundo e o terceiro 
estágios utilizam MOSFETs do tipo de 
intensificação; cada porta retira o seu VGS 
do dreno do estágio anterior. O projeto da 
figura 106 utiliza MOSFETs com 
correntes de dreno de 3 mA. Por esta 
razão, cada dreno vai para +10V com 
relação ao terra. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
13
 
Amplificador CC de três estágios 
 
FIGURA 106 
 
Fizemos uma derivação na tensão de 
saída final entre os resistores de 100 KΩ. 
Como o resistor de baixo tem retorno 
para os –10V, a tensão quiescente de 
saída é 0 V. Quando um sinal CA 
alimenta o amplificador, independemente 
de quão baixa seja a freqüência, obtemos 
uma tensão de saída amplificada. 
 
Há outras formas de se projetar 
amplificadores cc. A beleza da figura 104 
está na sua simplicidade. 
 
RESUMO DA POLARIZAÇÃO 
 
Examinamos os tipos de polarização 
usada com os JFETs, podemos calcular 
quais funcionarão com os MOSFETs. A 
tabela abaixo resume todos os circuitos 
de polarização discutidos até aqui. 
 
Por conveniência, são usadas 
abreviações para os MOSFETs do tipo 
de depleção (D) e para os MOSFETs do 
tipo de intensificação (E). Como você 
pode ver, a autopolarização e a 
polarização por fonte de corrente não 
funcionarão com um MOSFET E; a 
polarização zero só funcionará com os 
MOSFETs do tipo de depleção; e a 
polarização por realimentação do dreno 
funcionará com os MOSFETs do tipo de 
intensificação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÉTODO JFET MOSFET 
D 
MOSFET E
Polariza- Sim Sim Sim 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
14ção da 
porta 
Auto 
polariza-
ção 
Sim Sim Não 
Polariza-
ção por 
divisão 
de tensão 
Sim Sim Sim 
Polariza-
ção por 
fonte de 
corrente 
Sim Sim Não 
Polarizaç
ão zero 
Não Sim Não 
Polariza-
ção por 
realimen-
tação do 
dreno 
Não Não Sim 
 
APLICAÇÕES DO MOSFET DO TIPO 
DE INTENSIFICAÇÃO 
 
Os computadores são circuitos 
integrados com milhares de transistores. 
Estes CI funcionam fabulosamente bem, 
apesar das variações de temperatura e 
dos parâmetros do transistor. Como isto 
é possível? A resposta é o projeto de 
dois estados, usando apenas dois pontos 
da linha de carga de cada transistor. 
Quando usado dessa forma, o transistor 
se comporta como uma chave e não 
como fonte de corrente. Os circuitos que 
utilizam transistores como chaves são 
chamados circuitos de chaveamento, 
circuitos digitais, circuitos lógicos e assim 
por diante. Por outro lado, os circuitos 
que utilizam o transistor circuitos lineares, 
circuitos analógicos etc. 
O MOSFET do tipo intensificação teve o 
seu maior impacto nos circuitos digitais. 
Uma das razões é pelo seu baixo 
consumo de potência. Uma outra é o 
pequeno espaço que ele ocupa numa 
pastilha. Em outras palavras, o fabricante 
pode colocar muito mais transistores 
MOS numa pastilha d o que se fossem 
transistores bipolares. Esta é a razão dos 
MOSFETs serem usados em integração 
de grande escala nos 
microprocessadores, em memória, e em 
outros dispositivos que necessitem de 
milhares de transistores numa pastilha. 
 
Esta seção discute algumas das 
aplicações para os MOSFETs do tipo de 
instensificação, especialmente em 
chaveamento e circuito digitais. 
 
AMPLIFICADOR AMOSTRA E 
MANTÉM (SAMPLE-AND-HOLD) 
 
Como o JFET, o MOSFET pode 
funcionar como uma chave, em derivação 
ou em séries com carga. O MOSFET do 
tipo de intensificação é particularmente 
conveniente em aplicações de 
chaveamento porque ele normalmente 
está ligado. A figura 107-A mostra um 
circuito útil chamado amplificador 
amostra e mantém. Quando Vcon é alto, 
o MOSFET se liga, e o capacitor carrega 
até o valor de tensão de entrada. A 
constante de tempo de carga é muito 
curta porque VD (ligado) é pequena. Quando 
Vcon desce, o MOSFET se abre e o 
capacitador começa a descarregar 
através do resistor de carga. Se a 
constante de tempo de descarga for 
muito grande, o capacitor poderá manter 
a sua carga durante um longo tempo. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
15
 
(a) Amplificador Amostra e mantém (b) formas de ondas de entrada, de corrente e de 
saída 
 
FIGURA 107 
 
Em muitas aplicações precisamos de 
uma tensão cc de saída igual à tensão de 
entrada num dado instante. Por exemplo, 
suponha que desejamos o valor da 
tensão de entrada no ponto A da figura 
107-B. Se aplicarmos um Vcon estreito 
no ponto A, o Vsaída do amplificador 
amostra e mantém pode carregar até 
aproximadamente VA como mostra a 
figura. Quando Vcon volta a zero, 
MOSFET se abre, e a tensão de entrada 
não pode mais afetar o valor da tensão 
da saída. 
 
Dada uma constante de tempo longa, a 
tensão de saída mantém-se em VA por 
um período indefinido (veja a figura 107-
B). 
 
Quando Vcon é alto na figura 107-A, o 
circuito está amostrando a entrada e o 
capacitor se carrega até o valor 
aproximado da tensão de entrada. 
Quando Vcon desce novamente, o 
circuito vai para uma condução de 
manutenção porque o capacitor 
armazena o valor amostrado da tensão 
de entrada. Lembre-se da idéia básica de 
um amplificador amostra e mantém; você 
a verá muito aplicada em conversores 
analógico-digitais (circuitos de 
computadores). 
 
CARGA ATIVA 
 
A figura 108-A mostra um alimentador 
MOSFET e uma carga passiva (resistor 
RD). Neste circuito de chaveamento, Vent 
ou é alto ou é baixo e o MOSFET 
funciona como uma chave que está 
ligada ou desligada. Quando Vent é baixo, 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
16 
o MOSFET é cortado e Vsaída é igual a 
tensão de alimentação. 
 
Por outro lado, quando Vent é alto, o 
MOSFET conduz intensamente e Vsaída 
cai para um valor baixo. 
 
 
 
(a) RD é uma carga passava (b) O2 é uma carga ativa 
 
FIGURA 108 
 
A figura 108-B mostra um MOSFET 
alimentador (o MOSFET de baixo) e uma 
carga ativa (o MOSFET de cima). Por 
causa da polarização por realimentação 
do dreno, o MOSFET de cima está 
sempre conduzindo. Através de projeto 
deliberado, este MOSFET de cima tem 
um RDS(ligado) pelo menos 10 vezes maior 
do que RDS(ligado) do MOSFET de baixo. 
Por esta razão, o MOSFET superior 
funciona como um resistor e o inferior 
como uma chave. 
 
A utilização de um MOS alimentador e 
um MOS como carga leva a circuitos 
integrados muito menores porque os 
MOSFETs ocupam menos espaço na 
pastilha do que os resistores. É por isso 
que a tecnologia dos MOS domina nas 
aplicações em computadores; ela lhe 
permite colocar muito mais circuitos 
numa pastilha. 
 
A principal coisa a ser lembrada é a idéia 
da carga ativa, usando um componente 
ativo agindo como carga sobre um outro. 
Também é possível Ter carga ativa com 
os transistores bipolares. 
 
INVERSOR CMOS 
 
Podemos construir circuitos MOS 
complementares (CMOS) com MOSFETs 
de canal p e de canal n. Um dos mais 
importantes é o inversor CMOS mostrado 
na figura 109-A. Observe que Q1 é um 
dispositivo de canal p e Q2 de canal n. 
Este circuito é análogo ao amplificador 
bipolar push-pull classe B da figura 109. 
Quando um componente está ligado, o 
outro está desligado e vice-versa. 
 
Por exemplo, quando Vent é baixo na 
figura 109-A, o MOSFET inferior está 
desligado, mas o de cima ligado. 
Portanto a tensão de saída é alta. Por 
outro lado, quando Vent é alto, o 
MOSFET de baixo está ligado e o de 
cima desligado. Neste caso, a tensão de 
saída é baixa. Como a tensão de saída é 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
17
sempre oposta em fase com a entrada, o 
circuito é chamado inversor. 
 
O inversor CMOS pode ser modificado 
para se construir outros tipos de circuitos 
complementares. A vantagem principal 
em se usar CMOS nos projetos é o seu 
consumo de potência extremamente 
baixo. Pelo fato dos dois dispositivos 
estarem em série, a corrente é 
determinada pela fuga no componente 
que está desligado, que é tipicamente em 
nanoampères. Isto quer dizer que a 
potência total dissipada no circuito é 
dada em nanowatts. Este baixo consumo 
de potência é a razão principal dos 
circuitos CMOS serem muito populares 
nas calculadores de bolso, nos relógios 
de pulso digitais e em satélites. 
 
 
 
Circuitos complementares (a) Inversor CMOS (b) Inversor v polar 
 
FIGURA 109 
 
VMOS 
 
A figura 110-A mostra a estrutura de um 
MOSFET do tipo de intensificação num 
circuito integrado. 
 
A fonte está à esquerda, a porta no meio 
e o dreno à direita. Os elétrons livres 
fluem horizontalmente da fonte para o 
dreno quando VGS é maior do que a 
tensão de limiar. Esta estrutura 
convencional limita a corrente máxima 
porque os elétrons livres precisam fluir ao 
longo da estreita camada de inversão, 
simbolizada pela linha pontilhada. Pelo 
fato do canal ser tão estreito, os 
componentes MOS convencionais 
possuem pequenas correntes de dreno, o 
que implica baixa especificação de 
potência (tipicamente menor de 1W). 
 
CANAL VERTICAL 
 
A figura 110-B mostra a estrutura de um 
MOS vertical (VMOS). Observe que ele 
possui duas fontes na parte de cima que 
geralmente estão ligadas. Além disso, 
agora o substrato age como o dreno. 
 
QuandoVGS é maior do que a tensão de 
limiar, os elétrons livres fluem 
verticalmente para baixa das duas fontes 
para o dreno. Pelo fato do canal condutor 
ser muito largo ao longo dos dois lados 
do sulco em V, a corrente pode ser muito 
maior. O efeito total é um MOSFET do 
tipo de intensificação que pode dar conta 
de correntes e tensões muito maiores do 
que um MOSFET convencional. 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
18 
Antes da invenção do transistor VMOS, 
os MOSFETs não podiam competir com 
as especificações de potência dos 
grandes transistores bipolares. Mas 
agora, os VMOS oferecem um novo tipo 
de MOSFET que é melhor do que o 
transistor bipolar em muitas aplicações 
que requerem alta potência de carga, 
incluindo os amplificadores de áudio, os 
amplificadores de RF, e assim por diante. 
 
FALTA DE DERIVA TÉRMICA 
 
Uma das maiores vantagens que os 
transistores VMOS tem sobre os 
transistores bipolares é a falta de deriva 
térmica. Como você deve se lembrar, um 
aumento na temperatura do componente 
abaixo o VBE de um transistor bipolar. Isto 
aumenta a corrente do coletor, o que 
produz um aumento maior na 
temperatura. Se a dissipação de calor for 
inadequada, o transistor bipolar pode 
sofrer deriva térmica e ser destruído pelo 
excesso de potência dissipada. 
 
Um transistor VMOS, por outro lado, tem 
um coeficiente térmico negativo. À 
medida que a temperatura do 
componente aumenta, a corrente de 
dreno diminui, o que reduz a dissipação e 
potência. Por isso, o transistor VMOS 
não pode entrar em deriva térmica, e isto 
se constitui numa grande vantagem em 
qualquer amplificador de potência. 
 
LIGAÇÃO EM PARALELO 
 
Os trasistores bipolares não podem ser 
ligados em paralelo para aumentar a 
potência de carga porque a sua queda 
VBE não se ajusta suficientemente bem. 
Se você tentar ligá-los em paralelo ocorre 
a apropriação indevida de corrente (o que 
tem queda VBE mais baixa tem mais 
corrente do coletor). 
 
 
 
(a) Estrutura do MOSFET convencional (b) Estrutura do VMOS 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
20
 
FIGURA 110 
 
Devido a seus coeficientes de 
temperatura negativos, dois transistores 
VMOS podem ser ligados em paralelo 
para aumentar a potência de carga. Se 
um dos transistores VMOS tentar se 
apropriar da corrente, o seu coeficiente 
negativo de temperatura reduz a corrente 
através dele, de modo que fluam 
correntes aproximadamente iguais 
através dos transistores VMOS em 
paralelo. 
 
MAIOR VELOCIDADE DE 
CHAVEAMENTO 
 
Quando um transistor bipolar de pequeno 
sinal é usado como chave saturada, um 
projeto segura procura uma corrente de 
base que seja aproximadamente um 
décimo da corrente saturada do coletor. 
Como a maioria dos transistores tem βcc 
maior do que 10, um excesso de corrente 
de base garante a saturação de um 
transistor para o outro. Mas o excesso de 
corrente de base também provoca um 
problema a mais que não mencionamos 
até agora. Portadores extras são 
armazenados em região de base de um 
transistor estruturado. Quando o transitor 
tenta sair da saturação, há um pequeno 
atraso chamado tempo de atraso de 
saturação TS (também chamado tempo 
de armazenamento). Por exemplo, o 
tempo de armazenamento de um 2N3713 
sair é de 0,3µs. Isto significa que leva 
aproximadamente 0,3µs para um 2N3713 
sair da saturação depois da alimentação 
da base Ter sido removida. 
 
Uma outra vantagem que os transistores 
VMOS tem sobre o transistor bipolar é a 
falta do tempo de armazenamento. Pelo 
fato de não haver cargas extras 
estocadas no VMOS quando está 
conduzindo, ele pode sair da saturação 
quase que imediatamente. Tipicamente, 
um transistor VMOS pode expulsar 
ampères de corrente em décimos de 
nanossegundos. Isto representa de 10 a 
100 vezes mais rápido do que um 
transistor bipolar comparável. Portanto o 
transistor VMOS tem inúmeras 
aplicações em circuitos de chaveamento 
de alta velocidade, em reguladores de 
chaveamento etc. 
 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
2 
 
Amplificador classe C usando transistor VMOS 
 
FIGURA 111 
 
AMPLIFICADOR CLASSE C 
 
A figura 111 mostra um amplificador 
VMOS classe C. Devido à tensão de 
limiar, a condução não ocorre até que o 
sinal de entrada excursione acima de 
VGS(limiar). Isto resulta em operação classe 
C, desde que o ângulo de condução seja 
menor em 180º. Como anteriormente, os 
pulsos de corrente são filtrados pelo 
circuito tanque para se obter uma tensão 
de saída senoidal amplificada. O 
transformador de saída acopla o sinal de 
RF à carga. 
 
 
 
INTERFACEANDO 
 
Os Cls digitais são dispositivos de baixa 
potência porque eles podem fornecer 
somente pequenas correntes de carga. 
Interfacear significa usar algum tipo de 
buffer entre um dispositivo de baixa 
potência (geralmente um Cl digital) e uma 
carga de alta potência (tal como um relê, 
um motor, ou uma lâmpada 
incandescente). O transistor VMOS é um 
excelente dispositivo para interfacear Cl’s 
digitais com cargas de alta potência. 
Como mostra a figura 112, um Cl digital 
alimenta a porta de um VMOS. Quando a 
saída digital for baixa, o VMOS estará 
desligado; quando a saída digital for alta, 
o VMOS se comportará como uma chave 
fechada, e fluirá uma corrente máxima 
através da carga. Interfacear os Cls 
digitais (tais como CMOS, MOS ou TTL) 
com cargas de alta potência é uma das 
aplicações mais importantes dos 
transistores VMOS. 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
21
 
O transistor VMOS interfaceia um Cl 
digital de baixa potência com uma carga 
de alta potência 
 
FIGURA 112 
 
EXEMPLO 
 
A figura 113 mostra uma parte de um 
robô. O VN0300M é um transistor VMOS 
com um RDS(ligado) de 1,2Ω. Ele tem uma 
especificação de corrente máxima de 700 
mA e uma tensão de ruptura de 30V. 
Explique o que o circuito faz. 
 
 
 
 
 
SOLUÇÃO 
 
O ponto central do circuito é interfacear 
um inversor CMOS com um relê. 
Tipicamente, em relé consome dezenas a 
centenas de miliampéres, uma carga 
pesada demais para um Cl digital como 
um inversor CMOS. O VN0300M tem 
uma especificação máxima de corrente 
de 700 mA, mais do que suficiente para 
alimentar a corrente do relê. 
 
Quando Vent for baixa, o inversor CMOS 
(Q1 e Q2) terá uma saída alta, que liga o 
VMOS. 
 
Como o VMOS tem um RDS(ligado) de 
somente 1,2Ω, efetivamente, ele põe em 
curto a extremidade inferior do relê com a 
terra. O relé se fecha e o motor começa a 
rodar. O motor continua a girar enquanto 
Vent for baixa. Quando Vent sobe, a saída 
do inversor CMOS desce. O transistor 
VMOS desliga, o relé se abre e o motor 
pára. 
 
A robótica, a ciência dos robôs, é um 
campo que está emergindo da eletrônica. 
Ela lidera a Segunda revolução industrial. 
Os robôs modernos combinam 
microprocessadores, circuitos de 
interfaceamento e dispositivos 
mecânicos. Por isso, podemos agora 
construir máquinas que tem dedos e 
artelhos e até cérebros. Os transistores 
VMOS como VN0300M são ideais para 
interfacear dispositivos digitais e cargas 
de alta potência em sistemas robóticos. 
 
 
UM PLANO DE VÔO PARA O FUTURO 
 
22 
 
Parte de um robô inversor CMOS, interface VMOS relê e motor 
 
FIGURA 113