Sobre o Livro

Sobre o Livro
Os dispositivos eletrónicos são por essência um tema transversal à maior parte das
engenharias, uma vez que todas estas recorrem cada vez mais a sistemas eletrónicos
sofisticados. Sendo assim, os semicondutores e os dispositivos eletrónicos de
semicondutor constituem atualmente temas relevantes na formação dos alunos nos cursos
de Engenharia Eletrotécnica a nível de 1º ciclo (licenciaturas) e/ou de 2º ciclo (Mestrado
Integrado) em diversas instituições universitárias de renome internacional.
Este livro corresponde ao trabalho acumulado ao longo de mais de três décadas de
lecionação por um grupo de docentes do Instituto Superior Técnico (IST) e constitui o
conteúdo programático de disciplinas que se inserem hoje no 1º ciclo do Mestrado de
Engenharia Eletrotécnica e de Computadores (MEEC) e na Licenciatura de Engenharia
Eletrónica (LEE) do IST. A apresentação dos assuntos neste documento levou em
consideração o facto de os temas abordados constituírem, em termos sumários, a ponte
que deve unir, ao nível do 1º ciclo de um curso de Engenharia Eletrotécnica, uma unidade
curricular de métodos de análise de circuitos elétricos, situada a montante, às unidades
curriculares ligadas às aplicações de dispositivos eletrónicos semicondutores, situadas a
jusante no processo de aprendizagem.
Basicamente, o livro pretende dotar os alunos de uma sólida formação de base que
lhes permita acompanhar a evolução dos conhecimentos e tecnologias ao longo de
toda a sua vida profissional. Mais especificamente, pretende-se fornecer aos alunos a
competência para:
ƒ
Utilizar dispositivos eletrónico básicos em circuitos simples, com a compreensão
adequada do seu funcionamento interno;
ƒ
Analisar, utilizar e desenvolver modelos básicos de simulação.
São enfatizados neste projeto pedagógico os princípios físicos subjacentes ao
funcionamento dos dispositivos semicondutores básicos em aplicações fundamentais,
quer em circuitos eletrónicos analógicos, quer em circuitos eletrónicos digitais. Por
questões pedagógicas, e no sentido de assegurar ao leitor uma melhor compreensão dos
assuntos expostos, são apresentados problemas de aplicação com a respetiva resolução,
inseridos de forma conveniente ao longo do texto.
A transversalidade dos temas tratados é salientada pelas áreas que a eles recorrem,
importando referir:
ƒ
O tratamento de materiais semicondutores não elementares, designados
genericamente por semicondutores compostos, uma vez que é relevante em áreas
XXI
XXII Fundamentos de Eletrónica
afins ao fabrico de dispositivos – As facilidades associadas às técnicas de fabrico
implicam falar, hoje em dia, de uma verdadeira “engenharia da estrutura de
bandas” e permitem aumentar as aplicações dos dispositivos semicondutores a
um mundo inimaginável ainda há poucos anos. A vasta aplicação dos materiais
semicondutores compostos num domínio atualmente tão importante como a
Comunicação Ótica justificaria, por si só, a inclusão destes assuntos na área de
Telecomunicações.
ƒ
A crescente expansão da eletrónica de potência no seio da Engenharia
Eletrotécnica – A sua evolução surge diretamente associada ao desenvolvimento
da tecnologia de fabrico de dispositivos semicondutores de potência, que
possibilitou não só a obtenção de dispositivos com melhores desempenhos e
limites de operação mais alargados, como também o aparecimento de novos
dispositivos totalmente comandados. A inclusão de dispositivos de potência
como os da família dos tirístores, desde as suas versões mais simplificadas (díodo
de quatro camadas) até às estruturas mais complexas (GTO, IGBT), assim como
o tratamento dos aspetos térmicos nos dispositivos, são questões que interessarão
particularmente aos alunos que pretendam formação na área de Energia.
ƒ
O estudo de diversos dispositivos baseados na interação luz-matéria em materiais
semicondutores (LED, LASER, fotodíodos, foto-transístores, foto-tirístores,
células solares, painéis solares, acopladores óticos), assim como a descrição do
efeito fotoelétrico interno – São aspetos relevantes no sector da transdução ótica e
permitem a aquisição de uma formação básica numa área (Optoeletrónica) que, a
nosso ver, é tão importante para o desenvolvimento tecnológico deste século
como o foram o Eletromagnetismo e a Eletrónica no século XX.
ƒ
A elevada sensibilidade dos materiais semicondutores à temperatura, tornando-os
candidatos privilegiados como sensores de temperatura ou de grandezas que com
ela estejam direta ou indiretamente ligadas – Deste modo, o estudo dos princípios
físicos subjacentes à transdução usando os materiais semicondutores abre as
portas ao domínio da Instrumentação, ao estabelecer um fio condutor entre o
sensor e o princípio de funcionamento que o rege.
ƒ
Os progressos verificados nas últimas décadas no campo da Microeletrónica,
nomeadamente nas técnicas de crescimento de cristais, que permitiram uma
crescente miniaturização dos dispositivos – A compreensão dos fenómenos
físicos subjacentes ao transporte de carga nos dispositivos revela-se uma maisvalia inegável no projeto e desenho de estruturas que solicitem soluções mais
vantajosas para aplicações específicas.
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Sobre o Livro XXIII ƒ
A existência de poderosas ferramentas de simulação, das quais o SPICE
(acrónimo de Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) –
Constitui um benefício indiscutível no estudo do funcionamento de dispositivos
semicondutores. Contudo, a flexibilidade oferecida por esses meios de análise só
reverterá numa vantagem real para o utilizador, se este dominar os dados de
entrada, ou seja, se conhecer o significado dos parâmetros descritivos dos
materiais e/ou dos dispositivos, a sua inter-relação e os seus domínios de
aplicação. Só desta maneira se evita que se estudem situações que não tenham
significado físico, ou que possam resultar, por exemplo, de se variarem
independentemente parâmetros que apresentam ligações entre si ou ainda que se
imponham relações que estejam fora do domínio de validade do fenómeno em
causa. Realçamos esse aspeto, porque ele se revela frequentemente um dos
perigos da utilização acrítica da flexibilidade oferecida por este tipo de
“experimentação”.
O texto principal do livro é apresentado ao longo de 6 capítulos (Semicondutores; Díodos
de Junção p-n; Transístor Bipolar de Junções; Transístor de Efeito de Campo;
Dispositivos Semicondutores de Eletrónica de Potência; Dispositivos Optoeletrónicos).
No Capítulo 1, Semicondutores, é apresentada a teoria das bandas nos semicondutores e
o modelo das ligações de valência para os semicondutores elementares (Ge ou Si).
Obtêm-se as equações básicas para os semicondutores em equilíbrio termodinâmico,
tendo em conta o equilíbrio entre os ritmos dos mecanismos de geração e de
recombinação, assim como as funções de distribuição e densidade de estados em energia,
a partir das quais se determinam as concentrações dos portadores de carga em
semicondutores intrínsecos ou extrínsecos. Atendendo à sua importância, são
apresentadas as principais propriedades elétricas e óticas dos compostos binários,
ternários e quaternários. Seguem-se os aspetos relacionados com os principais
mecanismos de transporte de carga elétrica: a condução e a difusão. Neste contexto são
apresentadas as noções de coeficientes de difusão, de mobilidades, de tempos de livre
percurso e de tempos de vida para os eletrões e para os buracos, que conduzem à
formulação das equações da continuidade. São apresentados alguns casos particulares
com interesse prático da equação da continuidade, nomeadamente: o transporte num
cristal homogéneo e neutro e o transporte dominado pela difusão e pela recombinação. O
primeiro caso, importante para o caso da iluminação uniforme de cristais, permite a
descrição do efeito fotoelétrico interno, que será tratado mais pormenorizadamente no
capítulo 6, dedicado aos dispositivos optoelectrónicos. O segundo caso tem aplicação no
estudo do transporte nos dispositivos bipolares, onde a corrente é comandada pela difusão
dos portadores de minoria, como, por exemplo, no estudo da junção semicondutora.
Como exemplos de dispositivos de semicondutores homogéneos são descritas as
resistências semicondutoras, quer intrínsecas, quer extrínsecas. Como exemplos práticos
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XXIV Fundamentos de Eletrónica
são considerados: os termístores, como sensores de temperatura, e a sonda de efeito de
Hall, para medidas de campo magnético.
No Capítulo 2, Díodos de Junção p-n, são tratadas as heterogeneidades associadas às
estruturas do tipo metal-semicondutor (heterojunção) e semicondutor-semicondutor
(homo ou heterojunção). Para este último caso, é dado particular destaque às
homojunções p-n. É descrita, pormenorizadamente, a junção em equilíbrio
termodinâmico e demonstrado o aparecimento da diferença de potencial de contacto
associado. Segue-se o estudo da característica estacionária tensão-corrente do díodo, com
a descrição das várias zonas de funcionamento e a apresentação dos modelos mais usuais,
desde o modelo exponencial aos modelos obtidos por linearização por troços da
característica. Em regime variável, apresentam-se os modelos para sinais incrementais,
com as definições da condutância incremental e das capacidades diferenciais de transição
e de difusão. São descritas algumas das aplicações mais usuais dos díodos
semicondutores, nomeadamente: os circuitos retificadores, os circuitos limitadores e os
circuitos reguladores de tensão. São ainda abordados os aspetos térmicos, com o estudo
da influência da temperatura nas características do díodo. Num grau de complexidade
crescente, são descritas as heterojunções retificadoras ou não retificadoras, através de
modelos das bandas simplificados, salientando-se os aspetos em que se distinguem das
junções convencionais e os domínios em que se apresentam vantajosas face àquelas.
Ainda no âmbito dos dispositivos bipolares, descreve-se no Capítulo 3 o Transístor
Bipolar de Junções. Apresentam-se as várias zonas de funcionamento em regime
estacionário, nas montagens básicas de emissor comum, coletor comum e base comum,
através das suas características de entrada e de saídas mais usuais. Apresentam-se os
modelos para sinais incrementais. São dadas as definições de ganhos de corrente, de fator
de transporte, de rendimento de injeção e de transcondutância. Descreve-se e modeliza-se
o efeito de Early. Como aplicações, são referidos os circuitos inversores, para o domínio
da eletrónica digital, e os circuitos amplificadores, na área da eletrónica analógica. Na
parte final do capítulo, são descritas, de forma sumária, algumas estruturas bipolares não
convencionais, nomeadamente: os transístores bipolares de heterojunção, num estudo
comparado face aos transístores convencionais, os transístores de radiofrequência, os
transístores de comutação, os transístores de eletrões quentes e os de base permeável.
No Capítulo 4 é analisado um dispositivo unipolar, o Transístor de Efeito de Campo
(FET). Estudam-se com algum detalhe os princípios de funcionamento de dois
dispositivos desta família: o FET de junções (JFET) e o de estrutura metal-óxidosemicondutor (MOSFET). Apresentam-se as zonas de funcionamento, as várias
montagens, as características estacionárias de corrente-tensão e os modelos para pequenos
sinais. Numa descrição sumária, são referidas outras estruturas desta família que, em
algumas aplicações, apresentam mais-valias no seu desempenho em relação às estruturas
convencionais. Citam-se, por exemplo, os transístores MESFET e os de gás
bidimensional (designados por HEMT, MODFET ou TEG-FET), importantes para
frequências elevadas, e os TFT, importantes na obtenção de circuitos de grande área
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Sobre o Livro XXV baratos e fiáveis, como os que existem nos ecrãs de televisão. Referem-se as principais
aplicações destes transístores em circuitos analógicos e em circuitos digitais e comparamse os seus desempenhos face aos dispositivos similares mas do tipo bipolar.
O Capítulo 5, Dispositivos Semicondutores de Eletrónica de Potência, engloba os
dispositivos genericamente designados por tirístores. Descreve-se, em modelos com base
física, a característica estacionária corrente-tensão e apresentam-se as estruturas e os
princípios de funcionamento dos principais dispositivos desta família, designadamente: o
díodo de quatro camadas, o retificador controlado de silício SCR e o GTO. Estruturas
mais complexas como o MOSFET de potência e as híbridas como o IGBT são igualmente
descritas num estudo comparativo. Especial ênfase é dada aos aspetos térmicos, muito
importantes atendendo aos níveis de corrente normalmente envolvidos, e aos aspetos
dinâmicos nas transições entre os estados de condução e os de bloqueio direto e inverso.
O Capítulo 6, Dispositivos Optoeletrónicos, é dedicado aos dispositivos semicondutores
baseados no efeito fotoelétrico interno e, portanto, à interação luz-matéria. Após uma
descrição das noções básicas de optoelectrónica, dá-se particular ênfase aos fotodetetores
(foto-resistências, fotodíodos, foto transístores e foto tirístores), aos conversores
fotovoltaicos (células solares), aos emissores de luz (LED e LASER) e aos acopladores
óticos.
Por último, para apoio na leitura desta obra, incluímos ainda, no final do livro, Listas de
Acrónimos, Constantes e Símbolos que poderão ser consultadas sempre que necessário.
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16 Fundamentos de Eletrónica
W
Eletrões quentes
(m
*
n2
> mn*1
)
mn*1
WC
WG
WV
p
Buracos pesados
(m
*
p2
> m*p1
)
Buracos leves
(m )
*
p1
Figura 1.10 Representação esquemática da relação W(p) para o Si.
1.3.2 Relação entre WG e a energia dos fotões
Nos semicondutores de banda direta, as transições de eletrões entre bandas envolvem
basicamente variações de energia. Deste modo, quando um eletrão transita da banda de
condução para a banda de valência, a energia é fornecida sob a forma de um fotão com
um valor próximo de WG. Por sua vez, um fotão incidente com energia superior ou igual a
WG poderá ser facilmente absorvido por um eletrão de valência, que transita depois para a
banda de condução. Estes materiais são, portanto, os mais adequados no fabrico de
dispositivos emissores e detetores de luz. As transições nos semicondutores de banda
indireta envolvem energia e momento, o que conduz a rendimentos de emissão muito
baixos, e que, portanto, impedem na prática a sua utilização no fabrico de dispositivos
emissores de luz. Sob o ponto de vista da absorção de luz, estes materiais, embora menos
eficientes do que os de banda direta, podem ser utilizados com vantagens em
determinadas aplicações, como é o caso dos fotodetetores de Si. A altura da banda
proibida determina o comprimento de onda da radiação emitida e traduz a energia mínima
dos fotões absorvidos. A relação entre WG e o comprimento de onda λ parte da definição
da energia associada a um fotão, dada por:
W fotao = hf
(1.7)
em que h é a constante de Planck e f a frequência da radiação. No vazio:
f =c/λ
(1.8)
em que c é a velocidade de propagação da luz no vácuo (c 3 × 108 m / s ) e λ o
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134 Fundamentos de Eletrónica
O retificador de onda completa permite a passagem de corrente nos dois sentidos,
obrigando à utilização de circuitos com, pelo menos, dois díodos (Figura 2.23).
I
US
US
U
I
U
US
(a)
(b)
U, I
U M < U disr
t
Figura 2.23 Retificador de onda completa. (a) Circuito com transformador com ponto médio;
(b) Circuito com ponte de díodos. A tensão está representada a tracejado e a corrente a traço contínuo.
Quando se pretende fazer uma análise rápida e pouco precisa do PFR do díodo, tal como
nos casos dos exemplos dos circuitos retificadores, pode ser suficiente utilizar um modelo
simplificado para a característica do dispositivo. Na polarização inversa, o díodo possui
correntes muito baixas (da ordem dos 10−9 A para o Si) e pode ser aproximado por um
circuito em aberto. Atendendo a que as tensões de polarizações direta no díodo são
relativamente baixas pode-se, numa primeira aproximação, desprezá-las relativamente a
outras tensões na malha, se estas forem muito maiores. Neste caso o díodo pode ser
olhado como um curto circuito e designa-se por díodo ideal, e tem a característica
representada na Figura 2.24(a).
I
I
I
(a)
0
(b)
UD
0
Vγ
(c)
UD
0
Vγ
Figura 2.24 Modelos simplificados para a característica do díodo de junção. (a) Díodo ideal;
(b) Modelo de fonte de tensão; (c) Modelo de fonte de tensão mais resistência.
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UD
Transístor Bipolar de Junções 241
3.7 Aplicações: Circuitos inversores
Uma das grandes áreas de aplicação dos TBJ é a eletrónica digital, embora neste domínio o
seu uso tenha sido preterido em favor dos transístores de efeito de campo (Capítulo 4). Na
eletrónica analógica (Secção 3.6), o que se pretende é que a saída seja uma réplica
amplificada do sinal entrada, daí que a linearidade seja condição a cumprir. Contudo, na
eletrónica digital essa condição não é exigida, pretendendo-se a obtenção de sinais de
amplitudes elevadas ou baixas, para que se possam definir os níveis lógicos “1” e “0” da
lógica binária. Nesse sentido, o transístor deverá ser polarizado na zona de corte, onde se
definem níveis elevados de tensão, e na zona de saturação, onde as tensões em causa são
normalmente desprezáveis. Outro dos requisitos importantes é que as transições de uma para
a outra zona sejam rápidas, o que condiciona não só a escolha dos materiais, como também
das configurações ou circuitos eletrónicos associados. Mais uma vez, a apresentação aqui feita
será de circuitos exemplificativos muito simples com elementos discretos, embora, na
realidade, as aplicações habituais recorram ao uso de integração de maior ou menor escala, de
modo a garantir bons desempenhos traduzidos por diversos fatores de mérito (rapidez,
precisão, fiabilidade, repetibilidade, etc.).
Experiência 3.3
Considere o circuito da figura que corresponde a uma montagem EC com um circuito de polarização como o da
Figura 3.33c.
+EC = 20 V
RC = 3.3 kΩ
Osciloscópio
(canal 1)
C
Osciloscópio
(canal 2)
RB = 100 kΩ
uI
vCE
B
E
A figura seguinte mostra as evoluções temporais das tensões de entrada e de saída, respetivamente, ui ( t ) e
vCE ( t ) , para uma frequência de 100 Hz.
(continua)
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242 Fundamentos de Eletrónica
(continuação)
Esta frequência é suficientemente baixa para que se possam usar as equações de Ebers-Moll do transístor ou
as suas derivadas (situação quase-estacionária).
No meio ciclo negativo da tensão de entrada, o transístor está ao corte e, portanto, a saída é igual a E C .
No meio ciclo positivo da tensão de entrada e acima de, aproximadamente, 0,6 V, o transístor entra na ZAD.
As leituras obtidas no osciloscópio mostram, no entanto, que para tensões de entrada acima de
aproximadamente 2 V o transístor satura.
Admitindo que na zona de saturação do transístor se verifica VBE on ≅ 0, 6V ; VCE sat ≅ 0, 2 V, tem-se uma
(
)
corrente de coletor dada por IC = E C − VCE sat / RC ≅ 6 mA, ou seja, um ganho de corrente β F = 428, o
que está de acordo com a gama de valores de catálogo para este transístor (BC547B).
Usando o osciloscópio no modo X-Y, visualiza-se a característica de transferência vCE ( ui ) .
(continua)
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Transístores de Efeito de Campo (FET) 327 Como é evidente, precisa. A energia é necessária para assegurar a comutação entre os
estados “0” e “1”. Considere-se o circuito do inversor CMOS com uma capacidade de
carga (Fig 4.42(a)). Esta representa a capacidade das ligações e de outros inversores ou,
em geral, de portas lógicas ligadas à saída do inversor CMOS.
+VDD
+VDD
S
G
Qp
uI
iDp
C
D
iDn
Qn
uI
G
C
uo
uC
uI
C
uC
S
(a)
(b)
(c)
Figura 4.42 (a) Circuito CMOS com carga capacitiva; (b) Circuito CMOS quando se dá a transição “0”→ ”1”
(pull-down); (c) Circuito CMOS quando se dá a transição “1”→ ”0” (pull-up).
No instante t = 0, a capacidade está descarregada (uo = 0 V) e o sinal uI é posto a 0 V (“0”
lógico). Assim, o transístor de canal-n fica cortado e o transístor de canal-p vai conduzir,
carregando a capacidade até que a sua tensão atinja, aproximadamente, VDD.
A carga total fornecida pela fonte de tensão é Q = CVDD e a energia posta em jogo no
processo é W = Q Δuo, em que Δuo = VDD. A energia total fornecida pela fonte é, portanto,
W = C V 2DD.
A energia total fornecida pela fonte é parcialmente dissipada no transístor de canal-p. A
energia armazenada no condensador WC pode ser calculada, admitindo que o sinal uI é
uma onda quadrada e que possui o valor de VDD durante metade do período da oscilação.
Sendo PC a potência posta em jogo no condensador, tem-se:
PC = uC iC
T 2
⇔ WC =
∫ P dt
C
0
⇔ WC = C ∫
VDD
0
⇔ WC = C
2
VDD
2
(4.113)
uC duC
370 Fundamentos de Eletrónica
Tabela 5.1
Dispositivos semicondutores da EP mais usuais
Dispositivos
Símbolo
Características
Díodo p-i-n
Dispositivos bipolares. Correntes de condução até 5000 A; tensões de
bloqueio até 10 kV. Tempos de recuperação da polarização inversa (trc)
inferiores a 100 ns para díodos ultrarrápidos, mas de centenas de μs para
díodos com comutação natural utilizados na retificação.
Díodo de
Schottky
Dispositivo unipolar. Mais rápidos que os p-i-n. Junções Si (n)-metal.
Correntes de condução inferiores a 100 A; tensões de bloqueio inferiores a
100 V; tempo de recuperação de polarização inversa, trc = 0. Díodos de
Schottky de SiC com tensões de bloqueio da ordem dos 1500 V, para
correntes inferiores a 50 A.
MOSFET
(Metal Oxide
Semiconductor
Field Effect
Transistor)
Dispositivo unipolar. Corrente de dreno controlada por terminal de porta.
Geralmente de enriquecimento e contendo um díodo na sua constituição.
Correntes de condução inferiores a 100 A e tensões de bloqueio inferiores
a 1000 V. Tempos de comutação podem ser da ordem das dezenas de ns.
IGBT
(Insulated gate
bipolar
transistor)
Dispositivo híbrido constituído por um transístor bipolar com comutação
controlada por uma estrutura MOSFET. Correntes de condução da ordem
do kA e tensões de bloqueio que podem chegar a 2500 V. Tempos de
comutação inferiores aos dos transístores bipolares, mas acima do μs.
Construção de módulos de IGBT em paralelo permite lidar com
intensidades de corrente uma ordem de grandeza superior à conseguida em
dispositivos isolados.
SCR
(Silicon
Controlled
Rectifier)
É o dispositivo mais importante da família dos tirístores. Conduz e sai da
condução como o díodo p-i-n e pode passar do corte para a condução com
impulso de porta. Lida com correntes que podem atingir os 5000 A e
bloquear tensões até 8 kV. Em comutação forçada, precisa de tempos da
ordem da centena de μs para a recuperação do estado de corte. Montados
em série, podem operar nas centenas de kV.
TRIAC
(TRIode for
Alternating
Current)
Por construção é análogo a dois SCR antiparalelos. Conduz nos dois
sentidos. Entrada em condução pode ser comandada com um impulso de
porta com qualquer polaridade. Correntes da ordem das dezenas de
Ampère; bloqueia tensões que não ultrapassam 1 kV. Utilizado em
ferramentas elétricas de baixa potência.
GTO
(Gate TurnOff)
Um tirístor cuja transição condução-corte pode também ser controlada
pelo terminal de porta. Substitui o IGBT para elevadas potências, uma vez
que possui características de condução e de bloqueio semelhantes ao SCR.
Opera a frequências que não ultrapassam 10 kHz.
IGCT
(Insulated
GateCommutated
Thyristor)
Análogo ao GTO, mas com menos perdas e suportando tensões de
bloqueio superiores. Distingue-se pelo facto de as correntes de porta na
transição condução-corte serem maiores do que as correntes de ânodo, de
forma a cortar totalmente a injeção de cátodo. O terminal de porta deverá
ter baixa indutância, daí que o circuito de controlo do terminal de porta
seja encapsulado juntamente com o dispositivo.
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Dispositivos Semicondutores de Eletrónica de Potência 409 anódica. Para que esta corrente cresça, campos elétricos intensos deverão estar presentes
para levar à saturação de velocidade de eletrões e à característica de transferência linear
indicada na Figura 5.25(b).
S-Fonte
−
G-Porta
+
S-Fonte
UGS
Rcanal Racumulação
n+
p
n
−
Acumulação
Rn−
n+
D-Dreno
UDS
D-Dreno
Figura 5.26 Modelo para a resistência dreno-fonte num transístor MOS de potência funcionando na zona linear.
5.6.3. Características de comutação
5.6.3.1 Modelos
Os dispositivos MOS enquanto dispositivos unipolares não são governados por processos
de acumulação e de remoção de minorias no interior da estrutura. As cargas em
movimento são apenas as necessárias à carga e à descarga das capacidades associadas ao
óxido e às zonas de carga espacial das diferentes junções. Estas capacidades podem ser
modeladas pelo circuito da Figura 5.27.
A capacidade Cgs resulta do paralelo de duas capacidades. Uma vez que a metalização da
fonte cobre todo o dispositivo de potência, haverá uma capacidade Cg-metal entre a porta e
o metal da fonte. Esta capacidade é dominante em Cgs e, por ser a capacidade de um
óxido, não depende da polarização. Para além desta capacidade, há a considerar a
capacidade Cg-p, que é constituída pela série de duas capacidades: capacidade porta-canal
e capacidade canal-região p. Quando existe canal, o contributo para Cgs é dado
unicamente pela capacidade do óxido porta-canal, que não dependerá da polarização. Para
UGS inferior a Vt, a região p na proximidade do óxido estará depleta e a capacidade da
associação série será dominada pela capacidade de menor valor associada à zona de carga
espacial.
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