Boylestad Páginas 405 409,411 416,423 Convertido

386

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

6.7

MOSFET TIPO EMPOBRECIMIENTO



Como observamos en la introducción, hay tres tipos de FE: JFET, MOSFET y MESFET. Los MOSFET se dividen aún más en tipo empobrecimiento y tipo enriquecimiento. Los términos empobrecimiento y enriquecimiento definen su modo básico de operación; el nombre MOSFET significa transistor de efecto de campo semiconductor de oxido metálico. Como hay diferencias en las características y operación de los diferentes tipos de MOSFET, se abordan en secciones distintas. En ésta examinamos el MOSFET tipo empobrecimiento, cuyas características son parecidas a las de un JFET entre las condiciones de corte y saturación con IDSS y también adicionalmente tiene las características que se extienden hasta la región de polaridad opuesta de VGS.

Construcción básica La construcción básica del MOSFET tipo empobrecimiento de canal n aparece en la figura 6.27. Se forma una placa de material tipo p a partir de una base de silicio y se conoce como sustrato. Es la base sobre la cual se construye el dispositivo. En algunos casos, el sustrato se conecta internamente a la terminal de fuente. Sin embargo, muchos dispositivos individuales cuentan con una terminal adicional etiquetada SS, lo que produce un dispositivo de cuatro terminales, como el de la figura 6.27. La fuente y el drenaje están conectados mediante contactos metálicos a regiones tipo n dopadas vinculadas a un canal n como se muestran en la figura. También la compuerta está conectada a una superficie de contacto metálica aunque permanece aislada del canal n por una capa de bióxido de silicio (SiO 2) muy delgada. El SiO 2 es un tipo de aislante conocido como dieléctrico, el cual establece campos eléctricos opuestos (como lo indica el prefijo di) dentro del dieléctrico cuando se expone a un campo externamente aplicado. El hecho de que la capa de SiO 2 sea una capa aislante significa que: No hay una conexión eléctrica entre la terminal de compuerta y el canal de un MOSFET. (Drenaje) D canal n

Contactos metálicos (Compuerta) G

(Fuente)

Substrato p

Substrato SS

Regiones n dopadas

FIG. 6.27 MOSFET tipo empobrecimiento de canal n.

Además: La capa aislante de SiO2 en la construcción de un MOSFET es la responsable de la muy deseable alta impedancia de entrada del dispositivo. En realidad, por lo común la resistencia de entrada de un MOSFET es más que la de un JFET típico, aun cuando la impedancia de entrada de la mayoría de los JFET es suficientemente alta en la mayoría de las aplicaciones. Debido a la muy alta impedancia de entrada, la corriente de compuerta IG es en esencia de 0 A para configuraciones polarizadas de cd. La razón de la etiqueta de FET semiconductor de óxido metálico ahora es bastante obvia: metal por las conexiones del drenaje, fuente, y condiciones de compuerta a la superficie apropiada; en particular a la terminal de compuerta y al control que debe ofrecido el área de la superficie de contacto; óxido por la capa aislante de bióxido de silicio, y semiconductor por

la estructura básica sobre la cual se difunden las regiones tipo n y p. La capa aislante entre la compuerta y el canal dio origen a otro nombre para el dispositivo FET: compuerta aislada, o IGFET, aunque esta designación cada vez se utiliza menos en la literatura.

Operación y características básicas En la figura 6.28 el voltaje de la compuerta a la fuente se ajusta a 0 V por la conexión directa de una terminal a la otra y se aplica un voltaje VDS del drenaje a la fuente. El resultado es la atracción del potencial positivo en el drenaje por los electrones libres del canal n y la corriente semejante a la que se establece a través del canal del JFET. De hecho, la corriente resultante con VGS = 0 V se sigue etiquetando IDSS, como se muestra en la figura 6.29.

VDD VGS = 0 V

ID = IS = IDSS

FIG. 6.28 MOSFET tipo empobrecimiento de canal n con V GS = 0 V y voltaje aplicado V DD. ID (mA)

Modo de empobrecimiento

ID VGS = + 1 V

10.9 Modo de enriquecimiento IDSS

8

VGS = 0 V

VGS = –1 V IDSS 2

4

IDSS 4

2

–6 –5 –4 –3 –2 –1 0 VP VP 0.3VP 2

1

VGS

0

VGS = – 2 V VGS = V P = – 3 V 2 –4 V – 5V VDS VGS = V P = – 6 V

FIG. 6.29 Características de drenaje y transferencia de un MOSFET tipo empobrecimiento de canal n.

En la figura 6.30, VGS aparece ajustado a un voltaje negativo de —1 V. El potencial negativo en la compuerta tenderá a ejercer presión en los electrones hacia el sustrato tipo p (las cargas semejantes se repelen) y a atraer los huecos del sustrato tipo p (las cargas opuestas se atraen) como se muestra en la figura 6.30. Dependiendo de la magnitud de la polarización negativa establecida por VGS, ocurrirá un nivel de recombinación entre los electrones y huecos que reducirá

MOSFET TIPO EMPOBRECIMIENTO

387

388

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Capa de SiO2

canal n

Proceso de recombinación

Sustrato de material p

G

Huecos atraídos hacia el potencial negativo de la compuerta

Contacto metálico

Electrones repelidos por el potencial negativo de la compuerta

FIG. 6.30 Reducción de los portadores libres en un canal debido a un potencial negativo en la terminal de compuerta.

el número de electrones libres en el canal n disponibles para conducción. Cuanto más negativa sea la polarización, más alta será la tasa de recombinación. Por consiguiente, el nivel de la corriente de drenaje resultante se reduce con la polarización cada vez más negativa de VGS como se muestra en la figura 6.29 para VGS = —1 V, —2 V, etc., al nivel de estrangulamiento de —6 V. Los niveles resultantes de la corriente de drenaje y el trazo de la curva de transferencia prosiguen exactamente como se describió para el JFET. Para valores positivos de VGS, la compuerta positiva atraerá más electrones (portadores libres) del sustrato tipo p debido a la corriente de fuga inversa y establecerá nuevos portadores a causa de las colisiones que ocurren entre las partículas de aceleración. A medida que el voltaje de la compuerta a la fuente continúa incrementándose en la dirección positiva, la figura 6.29 revela que la corriente de drenaje se incrementará con rapidez por las razones anteriormente expuestas. La separación vertical entre las curvas VGS = 0 V y VGS = +1 V de la figura 6.29 es una clara indicación de cuánto se incrementó la corriente con el cambio de 1 V de VGS. Debido al rápido incremento, el usuario debe tener en cuenta el valor de la corriente de drenaje máximo puesto que podría excederse con un voltaje positivo en la compuerta. Es decir, para el dispositivo de la figura 6.29, la aplicación de un voltaje VGS = +4 V produciría una corriente de 22.2 mA, la que posiblemente excedería el valor máximo (de corriente o potencia) para el dispositivo. Como previamente se reveló, la aplicación de un voltaje positivo de la compuerta a la fuente “mejoró” el nivel de portadores libres presentes en el canal en comparación con el encontrado con VGS = 0 V. Por esta razón, a la región de voltajes de compuerta positivos en las características de drenaje o transferencia a menudo se le conoce como región de enriquecimiento, y a la región entre los niveles de corte y saturación de IDSS como región de empobrecimiento. Es particularmente interesante y conveniente que la ecuación de Shockley continúe siendo aplicable en el caso de las características de los MOSFET tipo empobrecimiento tanto en la región de empobrecimiento como en la de enriquecimiento. Para ambas regiones, sólo se requiere incluir el signo apropiado con VGS en la ecuación y que el signo se monitoree con cuidado en las operaciones matemáticas.

EJEMPLO 6.3 Trace las características para un MOSFET tipo empobrecimiento de canal n con IDSS = 10 mA y Vp = —4 V. Solución:

En VGS = 0 V,

ID = IDSS = 10 mA

VGS = VP = - 4 V, ID = 0 mA VP IDSS 10 mA -4 V V = = = - 2 V, I= = = 2.5 mA D GS 4 4 2 2

y en I

=

MOSFET TIPO

IDSS , GS

P

- 4 V2 = - 1.2 V

todos los cuales aparecen en la figura 6.31.

FIG. 6.31 Características de transferencia para un MOSFET tipo empobrecimiento de canal n con I DSS = 10 mA y Vp = —4 V.

Antes de trazar la curva de la región positiva de VGS tenga en cuenta que ID se incrementa muy rápido con los valores crecientes positivos de VGS. En otras palabras, sea conservador al seleccionar los valores a sustituir en la ecuación de Shockley. En este caso, probamos +1 V como sigue: 2 ID = IDSS a 1 - VVGS b P P

10 mA2 a1 -

-4 V

b = 110 mA2 11 + 0.252 = 110 mA2 11.56252

÷ 15.63 mA el cual es lo suficientemente grande para finalizar el trazado.

MOSFET tipo empobrecimiento de canal p La construcción de un MOSFET tipo empobrecimiento de canal p es exactamente a la inversa de la que aparece en la figura 6.27. Es decir, ahora el sustrato es tipo n y el canal tipo p, como se muestra en la figura 6.32a. Las terminales no cambian, pero las polaridades del voltaje y las direcciones de corriente se invierten, como se muestra en la misma figura. Las características de drenaje aparecerían exactamente como en la figura 6.29, pero VDS con valores negativos, e ID valores positivos como se indica (puesto que ahora la dirección definida está invertida), y VGS con las polaridades opuestas como se muestra en la figura 6.32c. La inversión en VGS dará una imagen de espejo (con respecto al eje ID) para las características de transferencia como se

389

ID (mA)

ID (mA) 9

9

8

8

7

7

D ID

6

p G

n

p

+

VGS

p

SS

VGS = 0 V

6

IDSS

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

–1 0

–

VGS = –1 V

VGS

12345 6

VGS = +1 V VGS = +2 V VGS = +3 V VGS = +4 V VGS = +5 V

0 VGS = VP= +6 V

VP

VDS

S (a)

(b)

(c)

FIG. 6.32 MOSFET tipo empobrecimiento de canal p con I DSS = 6 mA y V p = 16 V.

muestra en la figura 6.32b. En otras palabras, la corriente de drenaje se incrementará desde el valor de corte con VGS = Vp en la región positiva de VGS hasta IDSS y luego continuará incrementándose con los valores negativos crecientes de VGS. La ecuación de Shockley sigue siendo aplicable y sólo requiere que se coloque el signo correcto tanto para VGS como para Vp en la ecuación.

Símbolos, hojas de especificaciones y construcción de la cápsula Los símbolos gráficos para un MOSFET tipo empobrecimiento de canales n y p se proporcionan en la figura 6.33. Observe que los símbolos seleccionados tratan de reflejar la construcción real del dispositivo. La falta de una conexión directa (debido al aislamiento de la compuerta) entre la compuerta y el canal está representada por un espacio entre la compuerta y las demás terminales del símbolo. La línea vertical que representa el canal está conectada entre el drenaje y la fuente y esta “soportada” por el sustrato. Por cada tipo de canal se proporcionan dos símbolos para reflejar el hecho de que en algunos casos el sustrato está disponible de manera externa, en tanto que en otros no. Para la mayoría de los análisis en el capítulo 7, el substrato y la fuente estarán conectados y se emplearán los siguientes símbolos.

canal n

canal p

390

FIG. 6.33 Símbolos gráficos para (a) MOSFET tipo empobrecimiento de canal n y (b) MOSFET tipo empobrecimiento de canal p.

392

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

6.8

MOSFET TIPO ENRIQUECIMIENTO



Si bien existen algunas semejanzas en la construcción y modo de operación entre los MOSFET tipo empobrecimiento y los tipo enriquecimiento, las características del MOSFET tipo enriquecimiento son muy diferentes de cualesquiera otras obtenidas hasta ahora. La curva de transferencia no está definida por la ecuación de Shockley y la corriente de drenaje ahora es la de corte hasta que el voltaje de la compuerta a la fuente alcance una magnitud específica. En particular, el control de corriente en un dispositivo de canal n ahora se ve afectado por un voltaje positivo de la compuerta a la fuente en lugar de por los voltajes negativos encontrados en los JFET de canal n y en los MOSFET tipo empobrecimiento de canal n.

Construcción básica La construcción básica del MOSFET tipo empobrecimiento de canal n se da en la figura 6.35. Se forma una losa de material p con una base de silicio y de nuevo se conoce como sustrato. Como con el MOSFET tipo empobrecimiento, el sustrato en ocasiones se conecta internamente a la terminal fuente, en tanto que en otros casos se pone a la disposición una curva terminal para el control externo de su nivel de potencial. La fuente y el drenaje se conectan de nuevo mediante contactos metálicos a regiones tipo n dopadas, pero observe que en la figura 6.35 no hay un canal entre las dos regiones tipo n dopadas. Ésta es la diferencia principal entre la construcción de los MOSFET tipo empobrecimiento y los tipo enriquecimiento: la ausencia de un canal como componente construido del dispositivo. La capa de SiO2 sigue presente para aislar la plataforma metálica de la compuerta de la región entre el drenaje y la fuente pero, ahora, simplemente está separada de una sección del material tipo p. En suma, por consiguiente, la construcción de un MOSFET tipo enriquecimiento es muy parecida a la del MOSFET tipo empobrecimiento excepto porque no hay un canal entre el drenaje y la fuente. SiO2 Región tipo n dopada sin canal Contactos metálicos Sustrato tipo p

Substrato SS

Región tipo n dopada

FIG. 6.35 MOSFET tipo enriquecimiento de canal n.

Operación y características básicas Si VGS se ajusta a 0 V y se aplica un voltaje entre el drenaje y la fuente del dispositivo de la figura 6.35, la ausencia de un canal n (con su generoso número de portadores libres) producirá una corriente de efectivamente 0 A; muy diferente del MOSFET tipo empobrecimiento y el JFET, donde ID = IDSS. No es suficiente contar con una gran acumulación de portadores (electrones) en el drenaje y la fuente (debido a las regiones tipo n dopadas) si una trayectoria deja de existir entre los dos. Con un cierto voltaje positivo de VDS, VGS de 0 V y la terminal SS directamente conectada a la fuente, existen en realidad dos uniones p-n polarizadas en inversa entre las regiones tipo n dopadas el sustrato que se oponen a cualquier flujo significativo entre el drenaje y la fuente. En la figura 6.36 tanto VDS como VGS se ajustaron a un determinado voltaje positivo de más de 0 V, para establecer el drenaje y la compuerta a un potencial positivo con respecto a la fuente. El potencial positivo en la compuerta ejercerá presión en los huecos (puesto que las

MOSFET TIPO ENRIQUECIMIENTO

Electrones atraídos a la compuerta positiva (canal n inducido) Región sin portadores tipo p (huecos)

ID

n

D

I

= 0A G

G VGS

++ + + +

e ee

+

e

e e e e

S

+ + + + + +

SS

p

VDS

n

IS = I D Capa aislante

Huecos repelidos por la compuerta positiva.

FIG. 6.36 Formación de un canal en un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n.

cargas semejantes se repelen) en el sustrato p a lo largo del borde de la capa de SiO 3 para que abandonen el área y lleguen a regiones más profundas del sustrato p, como se muestra en la figura. El resultado es una región de empobrecimiento cerca de la capa aislante de SiO 2 libre de huecos. Sin embargo, los electrones en el sustrato tipo p (los portadores minoritarios del material) serán atraídos a la compuerta positiva y se acumularán en la región cercana a la superficie de la capa de SiO 2. Ésta y sus propiedades aislantes impedirán que los portadores negativos sean absorbidos en la compuerta. Conforme VGS se incrementa, la concentración de electrones cerca de la superficie de SiO 3 se incrementa y con el tiempo la región tipo n inducida puede soportar un flujo mensurable entra el drenaje y la fuente. El nivel de VGS que produce el incremento significativo de la corriente de drenaje se llama voltaje de umbral y está dado por el símbolo VT. En las hojas de especificaciones se conoce como VGS(Th), aun cuando VT es más difícil de manejar se utilizará en el análisis siguiente. Como el canal no existe con VGS = 0 V y está “mejorado” por la aplicación de un voltaje positivo de la compuerta a la fuente, este tipo de MOSFET se llama MOSFET tipo enriquecimiento. Los MOSFET tipo empobrecimiento –y enriquecimiento– tienen regiones tipo enriquecimiento, pero la etiqueta se aplicó al segundo, puesto que es el único modo de operación. Conforme VGS se incrementa más allá del nivel de umbral, la densidad de los electrones libres en el canal inducido aumentará y el resultado es el nivel incrementado de la corriente de drenaje. Sin embargo, si mantenemos VGS constante y aumentamos el nivel de VDS, la corriente de drenaje con el tiempo alcanzará un nivel de saturación como ocurrió para el JFET y el MOSFET tipo empobrecimiento. La nivelación de ID se debe a un proceso de estrangulamiento ilustrado por el canal más angosto en el extremo de drenaje del canal inducido como se muestra en la figura 6.37. Al aplicar la ley de voltajes de Kirchhoff a los voltajes en las terminales del MOSFET de la figura 6.37, encontramos que

VDG = VDS - VGS

(6.13)

Si VGS se mantiene fijo a algún valor como 8 V y VDS se incrementa de 2 V a 5 V, el voltaje VDG [de acuerdo con la ec. (6.31)] se reducirá de —6 V a —3 V y la compuerta se volverá cada vez más negativa con respecto al drenaje. Esta reducción del voltaje de la compuerta al drenaje, a su vez, reducirá las fuerzas de atracción para los portadores libres (electrones) en esta región del canal inducido, provocando una reducción en el ancho efectivo del canal. A la larga, el canal se reducirá hasta el punto de estrangulamiento y se establecerá una condición de saturación como

393

394

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

Estrangulamiento (inicio) Región de empobrecimiento

Sustrato tipo p

FIG. 6.37 Cambio del canal y región de empobrecimiento con el nivel creciente de V DS con un valor fijo de V GS.

se describió antes para el JFET y el MOSFET tipo empobrecimiento. Dicho de otro modo, cualquier incremento adicional de VDS con el valor fijo de VGS no afectará el nivel de saturación de ID hasta que se presentan las condiciones de ruptura. Las características de drenaje de la figura 6.38 revelan que para el dispositivo de la figura 6.37 con VGS = 8 V, la saturación ocurre a un nivel de VDS = —6 V. En realidad, el nivel de saturación está relacionado con el nivel de VGS aplicado por

(6.14)

VDSsat = VGS - VT

Obviamente, por tanto, para un valor fijo de VT, cuanto más alto sea el nivel de VGS, mayor será el nivel de saturación para VDS, como se muestra en la figura 6.37 mediante lugar geométrico de los niveles de saturación. ID (mA)

Lugar geométrico de VDSsat

11 VGS = +8 V

10 9 8

VGS = +7 V

7 6 5

VGS = +6 V

4 3

VGS = +5 V

2 VGS = +4 V VGS = +3 V

1 0

5V 6V

10 V

15 V

20 V

25 V

VGS = V T= 2 V

FIG. 6.38 Características de drenaje de un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n con VT = 2 V y k = 0.278 × 10—3 A/V2.

VDS

MOSFET TIPO ENRIQUECIMIENTO

Para las características de la figura 6.37, el nivel de VT es de 2 V, como lo revela el hecho de que la corriente de drenaje se redujo a 0 mA. En general, por consiguiente:

395

Para valores de VGS menores que el nivel de umbral, la corriente de drenaje de un MOSFET tipo enriquecimiento es de 0 mA. La figura 6.38 revela con claridad que a medida que el nivel de VGS se incrementa de VT a 8 V, el nivel de saturación resultante de ID también se incrementa desde un nivel de 0 mA hasta 10 mA. Además, es muy notable que la separación entre los niveles de VGS se incrementa a medida que la magnitud de VGS lo hace, y el resultado son incrementos cada vez mayores de la corriente de drenaje. Para niveles de VGS > VT, la corriente de drenaje está relacionada con el voltaje de la compuerta a la fuente aplicado por la siguiente relación no line al:

ID= k 1VGS - V T2 2

(6.15)

De nueva cuenta, el término al cua drado es el que produce la relación no lineal (curva) entre ID y VGS. El término k es una constante que es una función de la construcción del dispositivo. El valor de k se determina a partir de la siguiente ecuación [derivada de la ec. (6.15)], donde ID(encenido) y VGS(encendido) son los valores de cada uno en un punto particular de las características del dispositivo.

k=

ID 1encendido2

(6.16)

1VGS1encendido2 - V T2 2

Sustituyendo ID(encendido) = 10 m A cuando VGS(encendido) = 8 V to mado de las características de la figura 6.38 resulta

k =

10 mA 10 mA 10 mA = 2 = 36 V2 18 V - 2 V2 16 V22

= 0.278 : 10-3 A/V2 y una ecuación general para ID con las características de la figura 6.38 da como resultado

ID = 0.278 * 10 -31 VGS - 2 V22 Sustituyendo VGS = 4 V, encontramos que

ID= 0.278 * 10 1 -3 4 V - 2 V22 = 0.278 * 10 -31222 = 0.278 * 10-31 42= 1.11 mA comprobado por la figura 6.38. Con VGS = VT, el término al cuadrado es 0, e ID = 0 mA. Para el análisis de los MOSFET tipo enriquecimiento que aparecerá en el capítulo 7, las características de transferencia de nuevo serán las características que se emplearán en la solución gráfica. En la figura 6.39, las características de drenaje y transferencia se pusieron una al lado de otra ID (mA)

ID (mA)

10

10

9

9

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

1

2 VT

3

4

5

6

7

8

VGS

0

VGS = +8 V

VGS = +7 V

VGS = +6 V

VGS = +5 V VGS = +4 V VGS = +3 V 5

10

15

20

25

VDS

VGS = VT = 2 V

FIG. 6.39 Trazo de las características de transferencia de un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n a partir de las características de drenaje.

396

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

para describir el proceso de transferencia de una a otra. En esencia, se procede como se describió antes para el JFET y los MOSFET tipo empobrecimiento. En este caso, sin embargo, debemos recordar que la corriente de drenaje es de 0 mA para VGS Š VT . En este momento se producirá una corriente ID medible y se incrementará como lo define la ecuación (6.15). Observe que al definir los puntos en las características de transferencia a partir de las características de drenaje, se emplean sólo los niveles de saturación, con lo cual se limita la región de operación a niveles de VDS mayores que los niveles de saturación como lo define la ecuación (6.14). La curva de transferencia de la figura 6.39 es de hecho muy diferente a las obtenidas antes. Para un dispositivo de canal n (inducido), ahora se encuentra por completo en la región positiva de VGS y no se eleva hasta que VGS = VT. Ahora surge la pregunta sobre cómo graficar las características de transferencia dados los niveles de k y VT incluidos a continuación para un MOSFET particular.

ID = 0.5 * 10-31VGS - 4 V22 En primer lugar, se traza un línea horizontal por ID = 0 mA desde VGS = 0 V hasta VGS = 4 V como se muestra en la figura 6.40a. A continuación se selecciona un nivel de VGS mayor que VT, como 5 V, y se sustituye en la ecuación (6.15) para determinar el nivel resultante de ID como sigue:

I = 0.5 * 10-31 2

2D -3 2 = 0.5 * 10-3 51 VV - -4 4VV2 2= 0.5 * 10 1 1 2 GS = 0.5 mA

y se obtiene un punto en la gráfica como se muestra en la figura 6.40b. Por último, se seleccionan niveles adicionales de VGS y se obtienen los niveles de ID resultantes. En particular, con VGS = 6.7 y 8 V, el nivel de ID es de 2, 4.5 y 8 mA, respectivamente, como se muestra en la gráfica resultante de la figura 6.40c.

FIG. 6.40 Graficación de las características de transferencia de un MOSFET tipo enriquecimiento de canal n con k = 0.5 × 10—1 A/V2 y VT = 4 V.

MOSFET tipo enriquecimiento de canal p La construcción de un MOSFET tipo enriquecimiento de canal p es exactamente a la inversa de la que aparece en la figura 6.35, como se muestra en la figura 6.41a. Es decir, ahora hay un sustrato tipo n y regiones tipo n dopadas bajo las conexiones del drenaje y la fuente. Las terminales no cambian, pero todas las polaridades del voltaje y las direcciones de la corriente se invierten. Las características de drenaje aparecerán como se muestra en la figura 6.41c, con niveles crecientes de corriente a consecuencia de los valores cada vez más negativos de VGS. Las características de transferencia serán la imagen de espejo (con respecto al eje ID) de la curva de transferencia de la figura 6.39, con ID incrementándose a una con los valores cada vez más negativos de VGS más allá de VT, como se muestra en la figura 6.41c. Las ecuaciones (6.13) a (6.16) son igualmente aplicables a dispositivos de canal p.

Símbolos, hojas de especificaciones y construcción de la cápsula Los símbolos gráficos de los MOSFET tipo enriquecimiento de canales n y p se dan en la figura 6.42. De nuevo, observe cómo los símbolos tratan de reflejar la construcción real del dispositivo.

ID (mA)

D ID

p G

n

–

SS

p

+

–6 –5 – 4 –3 –2 –1 VT

D (a)

ID (mA)

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

VGS

VGS = – 6 V

VGS = –5 V

VGS = –4 V VGS = –3 V

0

(b)

VGS = VT = —2 V

VDS

(c)

FIG. 6.41 MOSFET tipo enriquecimiento de canal p con V T = 2 V y k = 0.5 × 10—1 A/V2.

canal n

canal p

(b)

FIG. 6.42 Símbolos de (a) MOSFET tipo enriquecimiento de canal n, y (b) MOSFET tipo enriquecimiento de canal p.

La línea punteada entre el drenaje (D) y la fuente (S) se selecciona para reflejar el hecho de que no existe un canal entre los dos en condiciones sin polarización. En realidad, es la única diferencia entre los símbolos para los MOSFET tipo enriquecimiento y tipo empobrecimiento. En la figura 6.43 se da la hoja de especificaciones de un MOSFET Motorola tipo enriquecimiento de canal n. La construcción de la cápsula y la identificación de las terminales aparecen junto a los valores máximos, los que ahora incluyen una corriente de drenaje máxima de 30 mA de cd. La hoja de especificaciones da el nivel de IDSS en condiciones de “apagado”, el cual ahora es de tan sólo 10 nA de cd (en VDS = 10 V y VGS = 0 V), comparado con el intervalo de miliamperes para el JFET y el MOSFET tipo empobrecimiento. El voltaje de umbral se especifica como VGS(Th) y su intervalo de variación es de 1 a 5 V de cd, dependiendo de la unidad empleada. En lugar de proporcionar un intervalo de k en la ecuación (6.15), se especifica a un nivel típico de ID(encendido) (3 mA en este caso) a un nivel particular de VGS(encendido) (10 V para el nivel de ID especificado). En otras palabras, cuando VGS = 10 V, ID = 3 mA. Los niveles dados de VGS(Th), ID(encendido) y VGS(encendido) permiten determinar a k a partir de la ecuación (6.16) y escribir la ecuación general para las características de transferencia. Los requisitos de manejo de los MOSFET se verán en la sección 6.9.

397

TABLA 6.2 Transistores de efecto de campo

Tipo

Símbolo y relaciones básicas

Curva de Transferencia

Resistencia y capacitancia de entrada

JFT (canal n)

Ri 7 100 MÆ Ci : 11 - 102 pF

MOSFET tipo empobrecimiento (canal n)

Ri 7 1010 Æ Ci : 11 - 102 pF

MOSFET

tipo enriquecimiento (canal n) (encendido) (encendido)

Ri 7 1010 Æ Ci : 11 - 102 pF

(encendido)

(encendido) (encendido) —

VGS (Th))2

(encendido)

MESFET

tipo empobrecimiento (canal n) Ri 7 1012 Æ Ci : 11 - 52 pF

MESFET

tipo enriquecimiento (canal n) Ri 7 1012 Æ Ci: 11 - 52 pF

(encendido)

(encendido) (encendido) — VGS (Th))

2 (encendido)