Dr. J.E. Rayas Sánchez1
Modelando el Transistor de Efecto de Campo
Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de las páginas de internet de los autores de los textos:
A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.
A.R. Hambley, Electronics: A Top-Down Approach to Computer-Aided Circuit Design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2000.
R.C. Jager, Microelectronic Circuit Design. New York, NY: McGraw Hill, 1997.
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Estructura Simplificada del JFET
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Operación del JFET (vGS = 0 , vDS = 0)
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Operación del JFET (0 > vGS > VP , vDS = 0)
Vto = VP
Voltaje deestrangulamiento
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Operación del JFET (vGS < VP , vDS = 0)
Vto = VP
Voltaje deestrangulamiento
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Operación del JFET (vGS = 0, 0 < vDS < | VP |)
Vto = VP
Voltaje deestrangulamiento
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Operación del JFET (vGS = 0, vDS > | VP |)
Vto = VP
Voltaje deestrangulamiento
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iDS VS vDS cuando vGS = 0
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Curvas de Salida de un JFET Canal N
vDS > vGS − VP
vGS − VP
(Vto = VP )
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Análisis de la Operación del JFET
nvGS
vDS
D
S
G
Regionesdesérticas
V(y)
X(y)X(y)
b(y)
y
2a
pp L
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Unión P-N Polarizada Inversamente (repaso)
+
+=
D
AA
Rp
NNqN
VW1
)(2 0ψε
+
+=
A
DD
Rn
NNqN
VW1
)(2 0ψε
= 20 ln
i
DAT n
NNVψ
x
np+
−+
+
+
+
+
+
+− −
− −
−
−−
Wn−Wp
x
V
−WpWn
VnVp ψ0+VR
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
+
+=
A
DD
R
NNqN
yVyX1
))((2)( 0ψε
)()( yVvyV GSR −=
)()( 01 yVvKyX GS −+= ψ
+
=
A
DD N
NqNK
1
21
ε
nvGS
vDS
D
S
G
Regionesdesérticas
V(y)
X(y)X(y)
b(y)
y
2a
pp L
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
)(22)( yXayb −=
)(22)( 01 yVvKayb GS −+−= ψ
yy EJ σ=
dyydV
yWbiDS )(
)(σ−=−
∫∫ =)(
00
)(LVL
DS dVybWdyi σ nvGS
vDS
D
S
G
Regionesdesérticas
V(y)
X(y)X(y)
b(y)
y
2a
pp L
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
)(22)( 01 yVvKayb GS −+−= ψ
∫∫ =)(
00
)(LVL
DS dVybWdyi σ
')( DSVLV ≡
+−−++= 2/3
012/3'
01'
0 )(32)(
32
GSDSGSDSDS vaKVv
aKVGi ψψ
LWaG σ2
0 =donde PR VVayX == cuando)(Como
RVKyX += 01)(comoy ψ
PVaK
+=
0
1 1entoncesψ
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
++−−++= 2/1
0
2/30
2/3'0'
0 )()()(
32
P
GSDSGSDSDS V
vVvVGiψ
ψψ
Para causar el estrangulamiento: 'DSGSPGD VVVV −==
GSPDS VVV +−='
++−+++−= 2/1
0
2/30
2/30
0 )()()(
32
P
GSPGSPDS V
vVVVGiψ
ψψ
Como IDSS = IDS cuando vGS = 0
+−++−= 2/1
0
2/30
2/30
0 )()()(
32
P
PPDSS V
VVGIψ
ψψ
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
++−+++−= 2/1
0
2/30
2/30
0 )()()(
32
P
GSPGSPDS V
vVVVGiψ
ψψ
Puede aproximarse mediante
( )22
1 tGSP
GSDSSDS VvK
VvIi −=
−= (Ley Cuadrática)
2t
DSS
VIK = Vto = VP
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Análisis de la Operación del JFET (cont.)
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Curva de Transconductancia de un JFET Canal N
(IDSS = 18mA, VP = −3V)
( )22
1 tGSP
GSDSSDS VvK
VvIi −=
−=
2t
DSS
VIK =
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Estructura Física del E-MOSFET
m10m1 µµ ≤≤ Lm500m2 µµ ≤≤W
m1.0)SiO( 2 µ≈H
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Estructura Física del E-MOSFET (cont.)
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Operación del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS = 0)
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Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS pequeño)
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Op. del E-MOSFET (vGS > Vt , vDS grande)
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Operación del E-MOSFET (vGS > Vt )
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Curvas Características del E-MOSFET
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Ecuaciones del E-MOSFET
tGSDS Vvv −<! En la región óhmica (triode region),
])(2[ 2DSDStGSDS vvVvKi −−=
=
LWCK OXnµ
21
µn movilidad de los electronesCOX capacitancia parásita de G-B por unidad de área
1)](2[ −−≈= tGSDS
DSDS VvK
ivr para vDS pequeño
! En la región de saturación, tGSDS Vvv −≥2)( tGSDS VvKi −=
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Curva de Transconductancia del E-MOSFET
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Región Óhmica del E-MOSFET
1)](2[ −−≈= tGSDS
DSDS VvK
ivr
para vDS pequeño
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Modulación de la Longitud del Canal
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Símbolos de FETs
! E-MOSFET
canal n canal p
! JFET
canal n canal p
=
LWCK OXnµ
21
2/ PDSS VIK =
Pt VV =
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Modelo del FET para Señal Grande
G D
vGS
S
K(vGS −Vt)2
Dr. J.E. Rayas Sánchez32
Modelo del FET para Señal Grande (cont.)
G D
vGS
S
K(1+λvDS)(vGS −Vt)2
λ: factor de modulación de la longitud del canal
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Modelo del FET para Señal Pequeña
)(2 tGSm VVKg −=
Dr. J.E. Rayas Sánchez34
Modelo del FET para Señal Pequeña (cont.)
)(2 tGSm VVKg −=
DS
Ao I
Vr =
λ/1=AV
λ: factor de modulación de la longitud del canal
Ω≤≤Ω M1K10tip. or