faculdade de engenharia elétrica e eletrônica

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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E ELETRÔNICA
GABRIEL DE ANDRADE RIBEIRO – 20570124
ALEXANDER PERES DA SILVA – 20570116
ITALO BRUNI – 20570148
ANTÔNIO VOLNEI – 20570045
RELATÓRIO DOS EXPERIMENTOS PRÁTICOS
NO LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA II
RESENDE
2008
2
GABRIEL DE ANDRADE RIBEIRO – 20570124
ALEXANDER PERES DA SILVA – 20570116
ITALO BRUNI – 20570148
ANTÔNIO VOLNEI – 20570045
RELATÓRIO DOS EXPERIMENTOS PRÁTICOS
NO LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA II
Relatório do experimento de FET e MOSFET
no Laboratório de Eletrônica da Disciplina de
Eletrônica II do Curso de Engenharia Elétrica Eletrônica da Associação Educacional Dom
Bosco – Faculdade de Engenharia de Resende.
Orientador: Álvaro Otoni
RESENDE
2008
3
SUMÁRIO
1.
Introdução….......................................................................................................... 4
2. Objetivo.................................................................................................................. 4
3. Material Utilizado........…......…….........................................................................
4
4. Mosfet e FET..........................................................................................................
4
5. Experiência 1: Principais parâmetros do JFET........................................................
6
6. Conclusão.................................................................................................................
9
7. Referências................................................................................................................
9
4
1) Introdução:
O transistor de efeito de campo de juntura (FET) e o Metal-óxido Semicondutor
FET (MOSFET), são exemplos de transistores unipolares, ou seja, o fluxo de corrente
acontece somente em um tipo de material (tipo P ou tipo N), denominado canal de
condução. Ao contrário dos transistores bipolares, onde a corrente atravessa os dois
tipos de materiais, estes tipos de transistores possuem algumas características especiais
que melhoram as condições de operação em certas aplicações.
Neste capítulo serão abordados detalhes referentes aos JFET’s e MOSFET’s.
Serão analisadas algumas das características especiais deste tipo de semicondutor. Com
as experiências propostas, é possível observar o funcionamento nos diversos modos de
polarização, medir os parâmetros envolvidos e levantar a curva de transcondutância.
2) Objetivo:
 Analisar as características dos transistores de efeito de campo (JFET’s e
MOSFET’s);
 Estudar os diferentes modos de polarização dos transistores FET.
 Verificar e medir os principais parâmetros.
 Levantar a curva de transcondutância dos transistores unipolares.
3) Material necessário:





Módulo universal 2000;
Placa de experiências CEB 05;
Osciloscópio;
Multímetro;
Miliamperímetro.
4) MOSFET e FET:
O transistor MOSFET (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor, ou transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico), é, de
longe, o tipo mais comum de transistores de efeito de campo em circuitos tanto digitais
quanto analógicos.
A palavra "metal" no nome é um anacronismo vindo dos primeiros chips, onde
as comportas (gates) eram de metal. Os chips modernos usam comportas de polisilício,
mas ainda são chamados de MOSFETs. Um MOSFET é composto de um canal de
5
material semicondutor de tipo N ou de tipo P e é chamado respectivamente de
NMOSFET ou PMOSFET. Geralmente o semicondutor escolhido é o silício, mas
alguns fabricantes, principalmente a IBM, começaram a usar uma mistura de silício e
germânio (SiGe) nos canais dos MOSFETs. Infelizmente muitos semicondutores com
melhores propriedades elétricas do que o silício, tais como o arsenieto de gálio, não
formam bons óxidos nas comportas e portanto não são adequados para os MOSFETs. O
IGFET é um termo relacionado que significa Insulated-Gate Field Effect Transistor,
e é quase sinônimo de MOSFET, embora ele possa se referir a um FET com comporta
isolada por um isolante não óxido.
O terminal de comporta é uma camada de polisilício (sílicio policristalino)
colocada sobre o canal, mas separada do canal por uma fina camada de dióxido de
silício isolante. Quando uma tensão é aplicada entre os terminais comporta (gate) e
fonte (source), o campo elétrico gerado penetra através do óxido e cria uma espécie de
"canal invertido" no canal original abaixo dele. O canal invertido é do mesmo tipo P ou
tipo N, como o da fonte ou do dreno, assim, ele cria um condutor através do qual a
corrente elétrica possa passar. Variando-se a tensão entre a comporta e a fonte se
modula a condutividade dessa camada e torna possível se controlar o fluxo de corrente
entre o dreno e a fonte.
Existem também modelos de Amplificador operacional baseados na tecnologia
FET/MOSFET, muito úteis e com grande utilização na indústria eletrônica
A operação de um MOSFET pode ser dividida em três diferentes modos,
dependendo das tensões aplicadas sobre seus terminais. Para o NMOSFET os modos
são:

Região de Corte: quando Vgs < Vth
onde Vgs é a tensão entre a comporta (gate) e a fonte (source) e Vth é a Tensão
de threshold (limiar) de condução do dispositivo
O transistor permanece desligado, e não há condução entre o dreno e a
fonte. Enquanto a corrente entre o dreno e fonte deve idealmente ser zero devido
à chave estar desligada, há uma fraca corrente invertida.

Região de Triodo (ou região linear): quando Vgs > Vth e Vds <
Vgs - Vth onde Vds é a tensão entre dreno e fonte.
O transistor é ligado, e o canal que é criado permite o fluxo de corrente
entre o dreno e fonte. O MOSFET opera como um resistor, controlado pela
tensão na comporta. A corrente do dreno para a fonte é a equação (1):
(1)

Região de Saturação: quando Vgs >mosfet e Vds > Vgs - Vth
6
O transístor fica ligado, e um canal que é criado permite o fluxo de
corrente entre o dreno e a fonte. Como a tensão de dreno é maior do que a tensão
na comporta, uma parte do canal é desligado. A criação dessa região é chamada
de pinçamento (pinch-off). A corrente de dreno é agora relativamente
independente da tensão de dreno (numa primeira aproximação) e é controlada
somente pela tensão da comporta de tal forma que temos a equação (2):
(2)
Em circuitos digitais, os MOSFETs são usados somente em modos de corte e de
saturação. O modo de triodo é usado mais em aplicações de circuitos analógicos.
FET é o acrônimo em inglês de Field Effect Transistor, Transistor de Efeito de
Campo, que, como o próprio nome diz, funciona através do efeito de um campo elétrico
na junção. Este tipo de transitor tem muitas aplicações na área de amplificadores
(operando na area linear), em chaves (operando fora da area linear) ou em controle de
corrente sobre uma carga.
5) Experiência 1: Principais parâmetros do JFET
Procedimento:
a) Corrente de dreno para tensão de Gate nulo (Idss)
1. Antes de ligar o módulo universal para o início dos testes, foi colocada a chave
liga/desliga da fonte variável na posição desligada, de modo que nenhum acidente
com os equipamentos acontecesse. Após verificada a condição da chave a placa
CEB-05 foi instalada no slot E do módulo. Foram fechadas as chaves Ch1, Ch2,
Ch3 e Ch4 do DIP switch, as outras chaves mantiveram-se abertas.
2. A tensão da fonte variável foi ajustada usando um voltímetro. A tensão utilizada
foi de +10V e -15V, respectivamente.
3. Um multímetro, na função de miliamperímetro foi utilizado para medir a corrente
entre os terminais A1(positivo) e A2(negativo) da placa CEB-05. Depois de
conectados, a chave da fonte variável foi ligada.
7
Vdd
5V
XMM1
A1
G
A2
PT2
Q1
BF245A
PT1
PT3
PT0
Figura 1.1 – Circuito para medir Idss.
4. O valor da corrente de dreno para Vgs igual a zero foi:
Idss = 14,5 [mA]
5. Após alguns instantes depois da medição, foi constatado a diminuição da corrente
de dreno. Esta diminuição deve-se ao aumento de temperatura do JFET (coeficiente
térmico negativo).
b) Tensão de Porta para corrente de dreno nulo (Vgs(off))
6. Para esta parte do experimento a fonte variável foi ajustada para os seguintes
níveis de tensão: +12V e -1,5V respectivamente.
7. As posições da chave DIP switch foram mudadas de maneira que apenas Ch1 e
Ch5 fiquem fechadas, deixando as demais abertas.
8
Vdd
XMM1
12V
A1
A2
R2
470Ω
- Var
-4.96V
R1
1kΩ
G
PT2
Q1
BF245A
XMM2
PT1
PT3
PT0
Figura 1.2 – Circuito para medição de Vgs(off).
8. Verificadas as conexões e a escala do miliamperímetro, ligamos a fonte variável para
continuar as medições.
9. Utilizamos outro multímetro para fazer a medição da tensão entre os pontos PT1 e
PT0, que indicaram a tensão negativa do gate. Aumentamos gradualmente a tensão
negativa e foi observada a diminuição da corrente de dreno. A tensão foi aumentada até
que a corrente de dreno chegasse a 1mA. Foi anotado o seguinte valor de Vgs(off):
Vgs(off) = -4,96 [V]*
*Indica o valor de Pinch-off do canal de condução.
c) Curva da transcondutância:
Os dois parâmetros anteriores definem os pontos extremos da curva. Para poder traçar a
curva de transcondutância do JFET foi necessário levantar outros pontos intermediários.
Procedemos da seguinte maneira:
10. Diminuimos gradualmente a tensão negativa, ajustando a tensão no gate em
de Vgs(off). Com os valores medidos completamos a tabela 1.1.
Tabela 1.1 – Valores medidos para Vgs e Id:
e
9
VGS [V]
0
-1,29
-2,45
-3,73
-4,96
Id [mA]
Não foi possível o ajuste do equipamento*
8
3,3
0,29
0
* Durante as medições, a tensão de VGS estava abaixo da escala do multímetro
utilizado.
11. A partir dos valores obtidos, traçamos a curva de transcondutância do JFET:
Figura 2 – Gráfico da curva de transcondutância.
6. Conclusão:
O transistor JFET possui uma altíssima impedância de entrada, devido á polarização
reversa do “diodo” porta-fonte. A corrente que circula por estes terminais é idealmente
zero, motivo pelo qual o JFET é um dispositivo controlado por tensão, e não por
corrente como são os transistores bipolares. A impedância de entrada de um JFET pode
chegar a centenas de mega-ohms, portanto, é preferível utilizar JFET’s para aplicações
onde são necessárias altas impedâncias de entrada.
7. Refêrencia:
Wikipédia.Mosfet. Mosfet e FET. Disponível em:www.wikipedia.com.br/mosfet.
Acesso em 28 de agosto.2008.
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