Aula 06 - Transistor Efeito de Campo

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Capítulo 6 
Transistor 
efeito de campo 
ELET~ÔNICA 2 
mm is1or efei to de campo (FF,.T,fie/d tjfm trmisinor) é um dis-
positivo que controla o fluxo de corrente por meio da censáo 
aplicada em um de seus rerminai , , diferenremenre do rra.ns iscor 
blpobr (BJT, bipolar j 1mctio11 trt1Y1Jistor), cm que o fluxo de corrente depende da 
om:mc aplicada cm seus icrm inais. prindpio de fun ionamemo de e dispo-
si tivo esrá baseado na modulação ap licada em seus elementos (portas) , que ,,ai 
controlar a corrente que circulará em uma região denominada canal. 
Existem basicamente dois tipos de transistor efeito de campo: MOSFET (metal-
·oxide-semiconductor FET), também chamado de IGMOS (insulated gate MOS) 
ou transistor MOS, e JFET (junction FET). Os MOSFETs são mais usados, 
principalmente em circuitos integrados e como dispositivos de potência. Esses 
transistores podem ser encontrados com polaridades de canal N e canal P. 
Existem muitas diferenças entre o transistor efeito de campo e o transistor bipo-
lar; as principais são: 
• Controle do fluxo da corrente: no FET é por tensão e no BJT por corrente. 
• Impedância de entrada: no FET é muito alta (> 1 MO) e no BJT baixa (por 
causa da junção PN polarizada diretamente). 
• Tipo de portador: no FET é um elétron livre ou lacuna e no BJT são elétron 
e lacuna. 
• Ganho de rensáo: no FET é menor que no BJT. 
6.1 Transistor efeito de campo de junção 
A figuni 6.la mos1rn, de manei ra simplificada, n esrrucur:i fülc de um transi t0r 
cfci10 de campo de junção ca nal N . A figu ras 6. lb e 6. lc ilustram a simbologia 
para canal N e canal P, respectivamente. Observe que o dispositivo tem três 
terminais: o dreno (D, drain em inglês), a fonte (S, source) e a porta (G, gate). A 
dopagem da região da porta é muito maior que a do canal; desse modo, a região 
de depleção (região de carga espacial) será muito maior do lado do canal. 
Observe nas figuras 6.lb e 6.lc que a posição da seta no meio ou próxima à 
fonte pode sugerir que é possível trocar o dreno pela fonte, o que é permitido 
em alguns modelos, mas não em todos; a simbologia em que a seta está mais 
próxima à fonte identifica os dispositivos que permitem essa troca. Na literatura 
sobre o tema. é po ível i:nconctat as dllaS in1bologias. O sentido da seta indica 
o sentido deconduçáo. como em um diodo com um de junção ponce-cnnal fPN). 
lº'-1 
D D 
G~ G-4; 
D 
SCfan~ 
G~ G~ 
' 
(a) (b) (e) 
Para entendermos o funcionamento, vamos analisar o modelo JFET canal 
N . Para o modelo JFET canal P, basta inverter o sentido da corrente e das 
tensões. 
Consideremo inicialmente, na figura 6.2a, a rensáo V05 = O e a 1cn -o Vcs 
polarizando reversamente a junção P . essas condições, o canal entre o dreno 
e a fonte está roralmente aberro e com determinado valor de resistência. Corno a 
rensâo aplicada nessa resistência é 1.ero, a correnre rn 111bém é zero (10 = O). Se 
eleva rmos a tensão de porta, a polarização reversa aurncaca, o qllc faz a região de 
carga espacial avançar no canal até fechá-lo totalmente (figura 6.26). Observe 
que a região de depleção avança mais no canal do que no lado da porta, porque 
a dopagem da porta é maior. 
Região de carga 
especial 
D 
(a) (b) 
Figura 6.1 
a} Estrutura flsic;a 
de JITT canal N, 
b) simbologia para 
JFET canal N e 
e) s,mbolog1a para 
JFET canal P. 
Figura 6.2 
a) Polarização da porta 
com tensão negativa e 
b) fechamento 
total do canal 
CAPITULO 6 
ELHRÔNICA 2 
Figura 6.3 
a) Polarização do 
dreno com tensão 
pequena (0.1 V) e 
b) pinçarnento 
atingido 01,). 
O va lor da tensão de porta (Vp) que provoca o fechamenro rotai do canal é 
cl1amada de tensão de pinçamenro (pinch-off, em inglês), apresentando va lor 
negativo para cana l N e positivo pa ra canal P. 
Ag ra , v:1mo nsidcrnr VGs = O e plicar uma u:n ão entre o dreno e" fonte 
com a polaridade indi ada na ligura G.3, que acontece com a corre me quando 
V05 varia! 
1 nida l mcme, como o v;ilor de V 0 5 e baixo, a região do canal praricameme náo 
se alcem e, dencro de cerros li mires. o dispositivo se comporra como resisrencia 
(figura 6 .3a). À medida que V08 aumemn (ligurn 6.3b). a corrente de dreno se 
eleva. causando queda de 1cn,áo ao longo do canal e seu afunilamento. A cor-
reme de dreno provoca emre o pomo A e a fonte uma censão VA e emre o 
ponto B e a fonre um, rens:io V6 , ou seja, VA > V8 . Essa ren ões são aplicadas 
na junçiio de maneira rever a, e no ponto onde a tensão reversa e ma ior a re-
gião de carga espacial avança mais no canal, isto é, o estreitamento é m:i.ior 
pr6xi mo ~o dreno. 
G 
la) (b) 
e trcítamcnto m:iidmo o orrc qu, nd o v, lor da tcns.io de dr1·no é igua l 
(em módulo) à de pinçamento. Se a tensão de dreno continua aumentando, 
o dispositivo passa a se comportar como fonte de corrente constante. Isso 
porque as regiões de carga espacial não se unem e o estreitamento aumenta 
ao longo do =al (figura 6.4). Desse modo, a corrente de dreno se manté m 
aproxi madamenre consranre em 1055. a pra11ca. exisre pequeno aume mo 
cm 10 quando V05 se deva a lém de VF" e, tcn fto de drcn ontinuar. u-
memando, provocara a rup rura da junção, destruindo o dispositivo. Essa 
rcns.ln é d lgnad~ por BVoss• 
V,,.> IV,j 
6.1.1 Curvas caracterlsticas de dreno 
1\ figu r:1 6.5 ilum:i o gráfico do comporcamtmo do JI' ~ c,m:i.l com Vp =-2 V, 
V05 = O e rens o de dreno varian o. Quando V05 = O, a orrcnre de dreno 10 
rambé111 é ,em. Conforme Vos aumcnra e se ma ntém cóm valor menor que Vp, o 
con1porra.mento é o de um resistor, isro é se a tensão de dreno se eleva, o valor da 
correme de d reno aumenra proporcionalmeme. A região de operação é chamada. 
de regifo ôh miCà. À medid~ que a rensiío de dreno se aproxima da ren'>ão de 
pinçam(;nto, o canal se aproxima do estreitamento máximo e a curva começa a 
se incl ina r. Se a tensão aumenm além desse ,·alor, n variação d.a correme de dreno 
praricnmenre não exJsre. Diz-se que o disposirivo emrou na regiiio de saturação 
011 de ampli lia,ç;ío. 
Va mos considerar um e emplo em que a ren lo de porta é VGs = - 1 V e a ren ã 
de d reno est:í variando. esse caso. obn!m-sc: uma curva scmclhame à da figura 
6.5, porém com valor de corrente na saruraçáo menor que 1088 • 
1 
..!? 
0.000 , .000 2.000 l.000 ..COO 5.000 6.000 7.000 uoo 
Vo< (V) 
Figura 6.4 
Aspecto do canal quando 
a ten5âo de dreno 
aumenta alem de V •. 
- O significado de 
saturação no FET 
é oposto ao do 
transistor bipolar. 
O valor da tensão 
de dreno para 
a qu11l ocorre o 
pinçamento maximo 
é V0 5 = 2V e IV•I• 
Figura 6.5 
Curva característica de 
â-=o para Vc., = OV para 
JFET com V,= - 2V. 
CAPITULO 6 
ELH RÔNICA 2 
Figura 6.6 
Curva caracter-fstica de dreno 
para dNeí50s valores de V C:S· 
5.000m 
4.000m 
< 3.000m 
~ 
- º 
2.000m ..... , 
1.000m 
0.000,n 
0.000 
Figura 6.7a 
Curvas Cílracter<st,cas 
de dreno. 
5.000m 
• ,6 MA 
4,000m 
:;- 3.C00m 
~ 2,6MA 
- º 
2.000m 
1,2MA 
1.000m 
O,l MA 
0 .000m 
0,000 
A f1gura 6.6 mosrra a curva caracrerísricu de dreno para alguns lores de VGs· 
Obs.-rvc que das não são cquidiscanrcs nem lineares. 
v .. ~-o.sv t t 
v.,-- ,v 
1.000 2.000 l.000 •.ooo 5.000 a.ooo 7.000 ll.000 
v .. M 
6.1.2 Curva característica de transferência 
onsider~rnos. para o gnifico da fi gura 6.7a, um dispositivo com V 05 = 4 V. 
Asso iado a cada valor de VGs exlsce um v,ilor de 10 . e desenharmos o gráfico 
de 10 • VGs• b1ercmo . curv~ nraccc rlsrk :i d~ rrnn,fortn i,. poi os V:tlorc de 
entrad, s,io rr:ms rido parn a saíd •. A fig ura 6.7a mo tra como obcer n,1s curvas 
aracrerí d de dreno O.'l dndo, pa • de. enhar o gmfi da figuna 6.7b. 
(a) 
\t.&1- "'. D,.5 V 
v .... ... ,v 
1,000 2.000 l .000 <l.000 5.000 6.000 7 .000 8.000 
(b) lo (MA) 
--------------------~ 5.0 
1 .... 1. 
1 
2.0 
v, 
-1.5 -1.0 -0,5 
4,6 
4.0 
3.0 
2.6 
3.0 
1,l 
1.0 
0,3 
A equação que relaciona corrente de dreno com tensão de porta é dada aproxi-
madamente por: 
em que 1058 é a corrente dedreno na sacuraçáo para V05 = O e Vp a ce~o de 
pi nçamcnto. 
6.1.3 Transcondutância 
se é um importante par5mcrro de um FET, defi nido por: 
· ·se p:11~ mcrro é nun1cricamcncc igu 1 :i. incli11a ão (dcrivnd:i) cm determi-
nado ponto da urva de uan fcrencia. fig ura 6.8 m tra o significado da 
Lrnnscond miln a. 
Figura 6.7b 
Curva caracten'stic:..a 
de transferência. 
CAPITULO 6 
llET~Ô NIC _. l 
Figura 6.8 
Obtenção da 
vanscondutãnc,a a partir 
da curva de transferência. 
l0(mA) 
1.., 
5,0 
4,6 
4,0 
3.0 
2.6 
2.0 
1.0 
Resistência de saída 
A resistência de saída representa fis icamente a inclinação da curva na região de 
saturação. Ela pode ser determinada por: 
V. 
ío = :.::.::..l!t (6.3} 
ó los 
Em um circuito idea l, o va lor de r0 deveria ser in finiro, isro é. na região desa-
rur:1çfo, para determinada variação de tensão de dreno, :, va riaç~o da corrente 
de dreno seria zero e , portanto, as cur vas ficariam pandeias ao eixo horizontal. 
6.1.4 O principio de funcionamento como amplificador 
Consideremos o circuito da figura 6.9, ampli ficador d reno comum. O JF ET uti-
lizado nesse circuito apresenta as características ind icadas na figu ra 6.7. Na entra-
da, a tensão da bateria polariza a porta em - 0,5 V (ponto Q). Se a esse valor de 
rensão é adicionada uma rensáo senoidal de 0,25 V de pico (óVGs = Vg, = 0 ,25 
V), a rensão de porca varia enrre -0,25 V e -0,75 V, deslocando o pomo qu ies-
cente entre A e 8 na rera de carga. Consequentemente, a tensão entre o d reno e 
a fonte também varia. Como essa variação é maior que a da tensão de porta, há 
ganho de tensão no dispositivo. Para não ocorrer d istorção, a variação deve acon-
tecer em um t recho aproximadamente linear das curvas de dreno ou de transfe-
rência. O ganho de tcnsáo nos am plifi cadores com .FET co tuma ser menor que 
nos nmplilicadores com tra.nsisror bipohr (BJT). 
R., 
2~ 
(a) 
V • 0,,V v., 
v, 
O..B V., 
(bJ 50 
•A> 
lJ) 
2.0 
,.o 
O.O 
lo.DO 
J» {MA) 
$.O 
•.6 
<J) 
"~ 
: 1, = Al0 
I J) 
·2.D 1.0 -<I.S o.o o.o 
v.1vi 2 V • V • AV_, _ __, .. 
(e) 
Oucra maneira de moscrar o principio de operação do FET como am püficador é 
por meio d~ urva de: uan fcrên fo (10 • Vc,s). Nu figura 6.9 , ess,r curva ui re-
presentada com um sin al de 0.25 V de pico aplicado ao redor do ponto quiescen-
te Vaso = -0.5 V. A variação da tensão de: porta provoca alteração na corrente 
CAPITULO 6 
Figura 6.9 
Ampírfiador dreno comum: 
a) oro.J1to, 
b} curvas de dc,mo 
com reta de carga e 
e) curva de 1ransferência 
mostrando a relação 
entre a entrada 01 u.) 
e a saída O" ou Vr,,;). 
EléT~ÔNICA 1 
Figura 6.10 
Fonna.s de onda do 
crcuno da figura 6.9a 
para VCNJ = -0,5 V. 
de dreno, que, ao passar pela resistência de dreno, volta a ocasionar variação de 
tensão no dreno. O ganho de tensão é então calculado por: 
Av = Vs = Ro . lo (6.4) 
v, VGS 
As formas de onda da entrada e da saída estão representadas na figura 6.10. Para 
essas condições, o ganho de tensão pode ser determinado por: 
esse aso, a saída é 6.64 vr:zcs mai r que a cmrad e defasada de 180º. Pode-
mos apresenlllr essa in formação de outro modo. dizendo simplesmente que o 
ga nho vale -6.64. 
... .. 
v ... s.a ,. - ... . 
].JJ 
ll 
6.1.5 Polarização do JFET 
uando escudamos Ir.ln i 1or bipolar, vimo que polariur um 1ransls1or ig-
nifi a I caliu,r seu pon~ qukscencc ( . ·s a polariuição g:,ramc 1uc, ao va-
riarmos a tensão de entrada, o ponto Q se desloca na reta de carga de tal modo 
que permanece na região de amplificação ou região ativa (região do patamar das 
curvas de dreno). Se o ponto Q não for bem localizado, pode ocorrer aumento 
da distorção no sinal de saída. 
Vamos analisar o que ocorrerá com o ponto Qrepresentado na figura 6.!0a se o 
sinal ap.licado .:ontinuar tendo ampl.i tudc de 0,5 V ,.,. porém alterando Vcso para 
-l ,5 V, Ob.servc na Eigur.1 6.1 1 como passa m a ser as formas de onda. 
o 
o.sv,.. 
~ 
Note que houve redução da amplitude do sinal e elevação do grau de distorção, 
ocasionando mudanças na localização do ponto Q. 
Polarização fixa 
Retorne ao circuito da figura 6.9a e veja como a polarização está ocorrendo; 
fa lrn um ca min ho pa.ra a correme reversa da junção P . No circui to da figu ra 
6.1 2, também há polariz.1çío, po rém o caminho para a corren[e reversa é pela 
resistência RG. Se dura nte a polarizaçáo a corrente reversa é d esprezada, a queda 
de te.ns!\o na re,i cencia R., cende • zero e, porrnnto, V05 = V00. Para que :ir.,_ 
sisiência de enrrada apresenre o maior valor possível, recomenda•se que o re"L,mr 
R., rcnh, rc,lsrfn ia elevada. mo na pr.íci a , orrcnrc rcv nrn não é zero e 
d pende da cemperacura, a rcnsão e etivamenc de polariza o diminuiria. 
R,, 
2K 
+--
c,1-----v-:~ .. c.•:n:V< 
V 
.J 
A fi gura 6.13 ilusrra a derermin açâo do pomo Q de manei ra di reta, isco é, com 
VGsa = - 0,5 V Para isso, desen ha-se a teca de carga do d reno e observa- e onde 
e.la imcrcepta a curva de VGS = - 0 ,5. É essa imerseçáo que decermina o pomo 
Q pa ra os ou"os valores. Assim: 
loq = 2,6 mA V 000 = 10 - 2 K • 2,6 mA = 4,8 V. que é igual ao valor obtido 
dirernmence no gnífica da figura 6.13. 
Figura 6.1 1 
fom,35 de onda do 
c,rcutto da figura 6.9a 
paraV0 ,Q = l,S V. 
CAPITULO 6 
Figura 6.12 
Amplificador rente comum 
com polanzaçào fixa. 
ELHRÔNICA 2 
Figura 6.13 
De-..ermina~o do ponto 
Q- potanza,;ão ~xa. 
Figura 6. 14 
Amphficador fonte comum 
com autopolanzaçao. 
l,(M.,\) 
5.0 
40 
3.0 
2.0 
1.0 
o.o o.coo 
Autopolarização 
O ir uiro de pobriz3ç5 6x usa duas fonre.<: V00 e V00• ircuiro d:i figura 
6. 14, conhecido por au1opola rizaçáo, ur ili za sc,menre 3 fonre V00 para polarizar 
o dreno e a pon:a. e c:iso, a polari,.aç;io ocorre por meio da tens.lo cm R6 , 
isto é, V GS= -R6 • 10 , admitindo que a corrente revt>JSa é desprezível; puna.mo, a 
queda de tensão em f¾G também pode ser considerada igual a zero. 
10V 
Para o clrcui10 da figura 6.1 , sao vál idas as equações: 
o circuito de aumpolariz.ação, ao desenhar a reta de ca,ga no circu ito de dre-
no, a deiermin:içio do ponm Q não é táo simples como no caso do circu ito de 
polariwçáo lixa. pois o valor de VGso é itrt flOStO por uma fonr..- eparada (V0 ~. 
Parn determinar o pomo no ircuico de amopolariza .i , ê a on d h, vcl u nr 
a curva d rran fer'ncia. A incerseç. o dessa curva com a reca de Cllrg:i da fome 
dctcrm I na o ponto 
Na figura 6.15, com a determinação do ponto Q, podemos obter os seguintes 
valores: 
VGso = - 0 ,52 V e 100 = 2 ,57 mA. 
Portanto: 
V050 = 10 - (0 ,2 + 2) · 2 ,57 mA = 4,35 V 
.z 
m dos problemas que os transi tores efeito de campo apresentam é a variação de 
parâmetros. Por exemplo, pJ_rll wn mesmo úpo de tn n. isror, n valor de Vp pode 
var iar cmre dois limhcs, ahcrondo, consequcncememc. o ponto de operação. A 
figura 6.16 mosrra o que a onr e com o pomo quando 0 11 id ram,, <lua 
curvas-l i mire. uma para um ITTn inor com Vp = - 2 V outra com VP = -1,8 V 
parn doi.i vo !ores de re, i>têu ia de fonte: R5 = 200 n e R5 = 1 000 n. bserve 
que, quanro maior o valor de R6 , menor é a variação ( lo). porém o ponto de 
operação se dar:í em uma região menos linear e de menor ganho. 
Figura 6.15 
Curva de tr.msferência e 
.-.,ra de carga da fonte. 
Figura 6.16 
lnfiuênc,a da vanaç o do 
ponto Q quando V, e 
são diferentes e para 
óferentes valores de 1\. 
CAPITULO 6 
ELHRÔNICA 2 
Figura 6.17 
Reta de carga da fonte para 
1} ~utopolanzação e 
1) polarização por-
dM.- de tensão. 
-2 -1.S 
Figur.a 6.18 
a) Polanzação por· 
drw;or de tensão e 
b} momo eqUtvalente 
de porta 
Polarização por divisor de tensão 
Como vimos no circuito de autopolarizaçáo, o resiscor R5 deve rer o maior valor 
de resiscencia possível para que variações 110s parimerro do FET nâo cal.l$em 
mudanças no pomo Q. l , porém, leva o lrculco a pcrar com baixos va lor~s 
de corrente e, em consequência, baixo ganho de tensa.o. masoluçio para traba-
lh. r m ,~tore. de Rs maiores em\indi ado no gr:ifi da figura 6. 17. 
-1 -0.5 o 
V.,(V) 
o.s 1.5 
Nesse gráfico, podemos observar que a inclinação das duas retas é a mesma (a 
inclinação depende do valor da resistência). Observe que a reta 2 se estende para 
valores de V GS positivos. 
Os ci rcuitos da figura 6.18 perm item obter o gráfico da reta 2 da figura 6.17. 
A equação da reta 2 é: 
li, 
lb) 
Ob,servc que aparemememe • f, me VGG polarl1,. ,i porr, de maneira direita, ma 
de fato isso não acontece, pois a tensão aplicada em Rs é alta o baseante para 
que VGs < O. 
Desse modo, podemos obter: 
Polarização por corrente constante 
Considere um circuito em que na fome seja colocado um gerador de corrente 
on tantc de valor lss; portan,o, 10 = 155. Ess:i ~itu. ão corresponde • ter um 
va lor de R5 e tn:mamcnce elevado; u e n cquência ê que se houver va riaç.ão de 
par:irnerro a variaçlo de corrente é zero. 
·2.50 -2.00 ·1.50 -1.00 -0.50 o.o 
R,. 
e, v, 
e, R. 
v. 
1\. v .. 
v.., 
e.. 
Figura 6.19 
Crclll o ele polanza.ção 
por íonte de corrente 
constante. 
CAPITULO 6 
ELH RÔNICA 2 
Figura 6.20 
Aspeao físico do 
JITT BF245A. com 
encapsutamento T0 -92. 
Tabela6.I 
l.Jmrt.es máximos do JFET 
BF2'4SA {T, = 25 'O, 
a figura 6.19, o dispositivo TR, é um transistor amplificador e TR2 um trn n-
sisror que é funre de com:nre constante. Para dererminarmos R5, devemos im-
por um valor de 10 - por e:xemplo . 2 mA - , consulrar a curva de uansferência 
e determinar qual valor de VGs corresponde a esse va lor em 111- upondo que a 
u rva u ·ada scj a maxima (Vp = - 2 V), o va lor dcrcrminado será de aprox lmn-
da meme 0,68 V. Emiio. o va lor estimado para Rs será de: 
Rs= O,GSV = 034K =340'1 (6.19) 
2mA ' 
Exemplo de JFET comercial 
Vamos considerar apenas um exemplo de JFET comercial, o BF24SA. A 
figura 6.20 mostra a pinagem e o aspecto desse dispositivo; na tabela 6.1 , 
encontram-se os limites máximos; e a tabela 6.2 ap resenta a lgumas caracte-
ríst ica elérri a . . 
Voo O.-ain-Gate Volcage 30 V 
Vos Gate-Source Volcagc 30 V 
loF Forward Gate Current 10 mA 
Po 
Total Device Dissipation @TA = 25 •e 3S0 mW 
Oerate above 25 ºC 28 mW/"C 
TJ,T STG 
Opeming and Scorege Junctlon - 55 - 150 ·e Tempe.-a.ture Range 
- Parameter Test Conditton • 
V1a~JB$< Gate-Source BreakdownVolcage Vos = O, 10 = 1 µA 
Gatc-Sourcc 
Bf245A 
BF24SAB 
BF245C 
V00{off) Gate-Source Cut,0/JVoltage 
loss 
Gate Reverse Currenr 
Zero-Gace Volcage Orain Current 
BF245A 
BF14SAB 
BF245C 
Common Source Forward 
Transconduccance 
Vos = 15V, 10 = 200µA 
V05 = 15 V, 10 = 10 nA 
VGS = 20V, Vr,s = O 
Vos= 15V, Vos= O 
VGS = 15 V. VGS = O, f = 1 KHz. 
6.1.6 Amplificador de pequenos sinais 
A fi gura 6.21 apresenrn o circuito equi vaJenre do FET para frequências baixas (as 
capacitâncias parasitas não são kvadas cm conta). 
(a) (b) 
O conceito de circuito equivalente para pequenos sinais é semelhante ao apre-
sentado no estudo do transistor bipolar, possibilitando estimar o valor do ganho. 
Nesse circuito, a entrada é representada por uma junção polarizada reversamente 
e o circuito equivalente, em consequência, por um circuito aberto. Já o circuito 
equivalente de saída é representado por uma fonte de corrente cujo valor depende 
da tensáo entre a porta (G) e a fome (S) de rensiio, em que o fator de propor-
cional idade é chamado de rranscondu ,ânci a (gm), já definida na seção 6 .1.3 . 
A resistênci a r0 é a resistência de saída, que idealmente é infinita , mas na prática 
tem um v,1lor. A figura 6.22a apíC5Cnta um amplifi cador fonte: comum com auto-
polnr itaç:io e, figura 6.22b, o circuito equivalente. 
30 V 
0.4 2.2 
1.6 3.8 V 
3.2 7.5 
-0.S -8 V 
2 
6 
12 
3 
Tabela 6.2 
5 
6.5 
15 
25 
6.5 
nA 
mA 
mo 
Algumas caractenstJcas 
fisicas do JFET BF245 
CTc = 25 ºCJ. 
Figur 6.2 1 
a) fET e 
b) modelo simphficado 
para pequenos sinais. 
CAPITULO 6 
llET~ÔNIC_. l 
r· "'" Rm IM 
Figura 6.22 
a) Amplificador 
fonte comum e 
b) circu ito equivalente. 
~ 
,. -
V G !, D 
IOV -
,, , ,, - ,, e, 9- , w• '· 1\, 
{a) lb) 
É irn pori•mc r ordar que, para obrc r o ircui ro cqui leme, o apa irore e , 
fonte de\'Cffi ser colocado cm curto• ircL1ito. rensóc e corrcate r pre-
sentadas na figura 6.226 são variações. 
A determinação do ganho de tensão pode ser: 
6.2 Transistor MOSFET 
Corno vi to no inicio deste cap/ru lo, existe mais de um ripo de 1ransi tor efeito 
de campo. O rransisror de junção (JFET ) usa a rensão reversa aplicada em uma 
junção PN para variar a largura da região de carga espacial na região do canal, 
alterando, desse modo, sua condutividade. O outro tipo de transistor efeito de 
campo é o MOSFET (metal-oxide-semiconductor FET) ou IGFET (insulatedgate 
FET). Esse dispositivo controla também a condutividade do canal condutor por 
meio da tensão aplicada entre o canal e a porta, criando um caminho que conec-
ta o dreno e a fonte com um isolante. Assim, mesmo invertendo a tensão, não 
haverá corrente de porta. 
Existem basicamente dois tipos de MOSFET: depleção e intensificação; crescimen-
to ou acumulação (enhancement), cada um deles podendo ter canal N ou canal P. 
A figura 6.23 mostra a estrutura simplificada e a simbologia de dois MOSFETs 
tipo intensificação, um canal N e outro canal P. 
O MOSFET é fabricado com uma base chamada substrato (no caso de MOS-
FET c.·rnal N, essa n:giáo é P). Duas regiões fortemente dopadas tlpo são cria-
das no subsrraro. originando o d reno e a fome. Uma camada isolante d~ d ióx i-
do de silício ulrrapuro com espessura enrre 3 nm e 20 nm e depo irada obre a 
região do subscraro entre o dreno e a fome. o início da indú,1: ria clcrrônica, 
aplicava-se uma camada de metal (o M de M 'FET) sobre a camada de d ióxido. 
Atualmente, para atender lls necessidades 1.ecnológica , e= camada é de sillcio 
policrisralino. 
°""""'" 
.. li 
D D 
J Jl+-- S8 
G j 
s s 
(a) (b) 
Na maior parte das apl icações, o substrato é ligado à fonte (S), o que não altera 
o funcionamento do circuito. Existem casos em que o substrato pode funcionar 
como uma segunda porta, fazendo com que uma tensão aplicada no substrato 
Itere a corrente de dreno. Em no a an:ílise . con idcrar mo ub trat m-
pre ligad() /1 fome. 
6.2.1 Funcionamento do MOSFET tipo crescimento 
Para entendermo a operação desse dispositivo, vamos con iderar o MO FET 
tipo crescimenro e.mal da figura 6.24, que mo rra a polaridade das tensões 
(Vos e V0 5) e o sentido da corrente de dreno (1 0 ). 
om a aplicaç:io de uma tensão positiva na porta, os elétrons (mi noritário J do 
substrato são atraídos para a região abaixo do óxido de porta e as lacunas livres 
do substrato se movem para baixo. Na região de silício abaixo da porta, quando 
a densidade de cargas livres negativas for maior que a de positivas, será induzido 
um canal condu tor, ligando a região da fome à do dreno. essa condiçáo, o valor 
da rensão de porrn resu lranre é chamado de rensão de limiar (threshold vo!tage, 
Vr), O valor de Vr é controlado du rante a fabricação do dispositivo, podendo 
var iar de 1 V a 5 V. Q uanto maior a direrença de rensáo entre os valores de V65 
e de V T• maior será a indução de cugas nega1ivas no canal. o que, consequenre-
mentc, nti mtntor-J a conduri,•idadt do n:il, u cj , 11 o ndurividade do canal é 
proporcional a V Gs - V r• Porurnto, a corn:nte de dreno é conrrolada pelo v.ilor 
da tensilo de porm. 
Figura 6.23 
Estrutura nsira de 
MOSFETs: 
a) anal N e 
b) canal P. com as 
respcarvas s,mbolog,as, 
CAPITULO 6 
ELHRÔNICA 2 
Figura 6.24 
MOSFET ·po cresamento 
com tensões de polarililção. 
Figura 6.25 
MOSFET tJpO crescome~to 
comVo, V1 eVPI = 
Va, V1 = Vos..,. 
Se levarmos em coota o aumento da rensão VDs• a corrente de dreno se elevará, e, 
inicialmente para pequenos valores de V 0 8 , a corrente de d reno será proporcional 
à 1.e11.São de dreno. O transistor, enrão, se comportará como resistência com rolada 
por tensão. Aumentando o ,•alor de V08, para V05 = Vcs - VT = Vos.a, (tensão de 
saturação), ocanal próximo ao d reno ficará muito estreito (figura 6.25). 
Continuando a análise, vamos considerar a tensão de dreno aumentando além 
da tensão de saturação. Nesse caso, observaremos o estreitamento aumentando 
no sent ido da fonte (figura 6.26), e, a part ir desse valor. a Córrentc de dre110 
fiairá pnuic:tmeme consranre. 
A figura 6 .27 mostra a curva de dreno para um valor de VGs e as ués regiões de 
ope ração (t rioda, saruraç.:lo e CC>rte). 
SaMllçk, 
v .. 
A fig ura (i.28a apreSe.nt~ a Ul"V3 de dreno para um rra n isror om V1 = 1 V. 
e a fii;ura 6.28b. a operação com baixo Vos, demonstrando que é po sfrel utili-
1.:1.r esse d isposirivo como resinênc:ia c:onrrolada por tens5o. 
Figura 6.26 
MOSFET tipo cres,;imeoto 
comV .. , >Vr e 
V05 >Vc,, V, 
Figura 6.27 
Regiões de operação 
do MOSFET. 
CAPITULO 6 
ELH RÔNICA 2 
a) 
Figura 6.28 
a) Curvas caracten'sticas 
de dreno MOSFET llpo 
cresamento c,,nal N e 
b) operação do MOSFET 
como resistência 
controlada por tensào. 
Figura 6.29 
Curva caracterfStlca 
de transferência. 
V• =+SV 
V111 • +3V 
A íigur:i 6.29 mo cm a CUJ'V3 de tr.uuferén ia ou de cran onducãncia. A parre in i-
ia l d~ urv:i rep nta ma memo em que V06 = Vr, u~ndo VGS é menor qu e 
V1, a 0rrente de dreno é praticamente nu la. Quando é maior, o dispositivo entra 
em conduç.io e a corre.nre de d reno passa a ser conrrolada pela rensão de porra. 
A corrente para VGs $ O é muito pequena, da ordem de alguns nA. Quando 
V8 s > O, a corrente de d reno se eleva devaga r e depois acentuadamente com 
o aumenro de Vos, O fohria me indi01 um valor de rensáo de porra para o qual a 
corremc de dreno atinge dettrm inaclo v,tlo r - por cxcmplo, 20 pA. ;\ corrente 10 
(on) repn:senta o v.,lor máximo d,i co rrente de d reno e V88 (on), o valor ele tensão 
de porra correspondence. A re lação enrre a corrence d e dreno e a censáo de dreno é 
apro~i,mdam.enre quadrárica, is to é: 
cm que a constante K esrá relacionada com parâmetros ffsicos. 
6.2.2 Funcionamento do MOSFET tipo depleção 
Quando escudamos o JFET, vimos que a condutividade cln canal pode ser al-
terada awnenra ndo a polarização reversa, isto é, faze ndo com que a região de 
dc:plcç,io (região desprovida de portad R.' de cargas li vr ) avance brc o anll, 
A figura 6.30 mostra a estrutura simplificada e a simbologia de dois MOSFETs 
tipo depleção, um canal N e outro canal P. Observe que eles possuem um ca-
nal ligando o dreno à fonte, isto é, mesmo sem tensão de porta haverá corren-
te de dreno. 
SII 
(o) (bJ 
A figura 6.31 ilustra a opcraçáo de acordo com Vr,s no modo dcpleçáo. 
lal lbl (e) 
Figura 6.30 
Estrutura fisica de 
MOSFETs tipo depleção: 
a) canal N e 
b) canal P, com as 
respectivas simbologias. 
Figura 6.31 
MOSFET tipo depleção 
canal N o perando com: 
a)V"' = O, b)VGS > O 
e c)VGS < O. 
CAPITULO 6 
EléT~ÔNICA 1 
Figura 6.32 
Cur.ras características 
de dreno MOSFET 1,po 
deple<;ão canal N. 
Figura 6.33 
Curva caraaerística 
de transferênc,a. 
Quando a porta é positiva em relação ao canal, os elétrons são atraídos do subs-
trato, aumentando a condutividade do canal (figura 6.31). Quando a porta é 
negativa, os elétrons são repelidos para fora do canal, diminuindo a condutivi-
dade deste. Se a tensão de porta é suficientemente negativa, o estreitamento do 
canal pode atingir o valor máximo, anulando a corrente de dreno. A figura 6.32 
apresenta as curvas características de dreno. Analisando-as, é possível verificar 
omo ocorre 3 v:irla de rcn , o nos modo, dcpleç:'io e cre lmcnio. 
V •+2V {~-
V•1=2V Modo 
Vl,6..:0 [ 
~v,.~ v,~ 4v °"~ 
v,,. 
A figum 6.33 mostra J urvn de transferência ou de tmn ondutln la. 
V, 
Modo 
Oopltç.lo 
Modo 
Crticlmento 
6.2.3 Polarização e amplificador 
O conceito de polarização e a análise dos circuitos são os mesmos abordados no 
estudo do J 1: ET (seç.ão 6.1.5). 
6.2.4 Inversor CMOS 
Em qu alquer circuiro lógico digira!, o elemenro básico é o inversor CMOS 
(complementa.ry metal-oxide-semíconductor). Esse dispositivo consiste em dois 
u nsist.ores tipo cres immro, um canal N (TR1) e outro ca nal P (TRv, como 
mostra a figura 6.34. 
V 
Na figura 6.35a, cm que v. = V00, pode-se adm iti r c1uc o tr, nsi e r TR, ( nal 
conduz, pois a ren ão . plicada enrre porra e a fonre é maior que VT, rran-
sistor TR2 ( ana l P) est.í onado, uma vC?. que . 1en . o ent r . porca e a f, nce 
é zero, portanto menor qu Vy. Observe que a fome de TR2 esd cone cada cm 
V0 0 . A figura 6.35b iluma a condição em que TR 2 ésubsriruido por u.macha,-e 
aberta e TR, represenra uma resistência de baixo valor R05 . 
(ai (bJ 
Figura 6.34 
Inversor CMOS. 
Figura 6.35 
a) Inversor CMOS com 
entrada allil (V, = V110) e 
b) circuito equiva lente, 
CAPITULO 6 
ELHRÔNICA 2 
Figura 6.36 
a) l1111ersor CMOS com 
entrada bauca (V, - O) e 
b) circu,ro equivalente. 
Se a entrada for nívd lógico "O" ou O V, TR1 cortará, poi a tensão entre a porca 
e a fome sera menor que VT, enquanto a censáo aplicada entre a porta e a fome 
do rramistor TR2 será negativa (- V00), indu2indo um canal P; desse modo, TR, 
conduzirá e a saída ser:í alra, ou eja, V00 (figura 6.36). 
li;,. 
V1=Voo 
v.,, V'° 
! 
(a) (b) 
A principal vantagem dessa tecnologia em relação às outras é seu baixo consumo 
de energia, o que cem permitido a fabricação de aparelhos portáteis como cal-
culadoras, relógios digitais e outros dispositivos alimentados, por exemplo, com 
uma única pi lha. 
6.2.5 MOSFET de potência 
A invenção do MOSFET de potência veio suprir a deficiência dos transistores bi-
polares de potência utilizados em eletrônica (transistores de potência são aqueles 
que suportam correntes de no mínimo 1 A). 
Os transistores bipolares de potência são controlados por corrente. Assim, para 
controlar uma corrente de valor elevado, é necessária uma corrente de base rela-
tivamente alta. Para cortar o transistor com rapidez, a corrente reversa de base 
deve ter valor elevado, porém, por possuir lacunas como portadores de carga, o 
tempo para mudança de estado também aumenta. Os MOSFETs podem ope-
rar com grandes velocidades de comutação quando ligados em tensões abaixo 
de 200 V. 
O s MOSFETs de potência têm aparência diferente dos outros transistores e, por 
isso, são chamados de MOSFETs verticais (V-MOS, do inglês vertical MOS-
FET) . Há vários tipos de MOSFETs, projetados para diversas aplicações. Um 
deles. por c:xtrnplo. de estrutura similar à do transistor tradicional. é u.1ado cspe-
cilicamenre nos emigios de sa ída de ampl ifi cadores de :iudio. 
A figura 6.37 mostra a pinagem, o aspecto e algumas características elétricas 
do MOSFET de potência IRF2804S-7P, para uso automotivo, e a cabea 6.3, os 
limites máximos. 
D 
10 @Tc = 25°C Continuous Drain Current. VGS @ 10 V (Silicon Límited) 
I0 @Tc= 100ºC Conlinuous Draín Current, VGS @ 10 V (See Fig. 9) 
I0 @ Tc = 25ºC 
Conlinuous Orain Current, v,,,. @ 10 V (Package 
Límited) 
''™ 
Pulsed Drain Current (ll 
?0 @ Tc =25 ºC Max. mum Power D sslpatlon 
Unear Derat,ng Factor 
VGS Garn-to-Sour-ce Voltage 
EAs Single Pulse Avalanche Energy (Thennally Limited) k 
EAS (tested) Single Pulse Avalanche Energy Tested Value <lil 
1,.,. Avalanche Current (IJ 
E"" Repetitiva Avalanche Energy G> 
TJ Operating Juscdon anda 
Tsm Storage Temperature Range 
Soldering Temperacure, for 1 O seconds 
Moundng torque. 6-32 or M3 screw 
Figura 6.37 
Aspecto fi'sico e algumas 
caracten'sbcas elétncas 
do IRF2804S-7P 
Tabela 6.3 
l..tmltf!Smáxtmos 
do IRF28045-7P 
320 
230 
160 
1360 
330 
2.2 
±20 
630 
1050 
See fig. I2a. 
12b. lS. 16 
-55 to+ 
175 
300 ( 1.6 
mm from 
case) 
10 lbfin 
(I.I Nm} 
A 
w 
wrc 
V 
mJ 
A 
mJ 
ºC 
CAPITULO 6