O que é um FET: Transistor de Efeito de Campo: Tipos, Tecnologia, . .

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FET básico Especificações FET JFET MOSFET Dual gate MOSFET Power MOSFET / GaAs FET HEMT & Tecnologia PHEMT FinFET

O transistor de efeito de campo, FET é um componente eletrônico chave usando dentro de muitas áreas da indústria eletrônica.

O FET usado em muitos circuitos construídos a partir de componentes electrónicos discretos em áreas desde a tecnologia RF até ao controlo de potência e comutação electrónica para amplificação geral.

No entanto o principal uso para o transístor de efeito de campo, o FET está dentro de circuitos integrados. Nesta aplicação, os circuitos FET consomem níveis de potência muito mais baixos do que os circuitos integrados que utilizam a tecnologia de transistor bipolar. Isto permite que os circuitos integrados de muito grande escala funcionem. Se a tecnologia bipolar fosse usada, o consumo de energia seria maior e a energia gerada seria muito grande demais para dissipar do circuito integrado.

Uma parte de ser usada em circuitos integrados, versões discretas de transistores de efeito de campo estão disponíveis tanto como componentes eletrônicos com chumbo como também como dispositivos de montagem em superfície.

Transistor de efeito de campo, história do FET

Antes da introdução dos primeiros FETs no mercado de componentes eletrônicos, o conceito era conhecido há vários anos. Tinha havido muitas dificuldades em realizar este tipo de dispositivo e fazê-lo funcionar.

Alguns dos primeiros conceitos para o transistor de efeito de campo foram delineados em um trabalho de Lilienfield em 1926, e em outro trabalho de Heil em 1935.

As fundações seguintes foram estabelecidas durante os anos 40 nos Laboratórios Bell, onde o grupo de pesquisa de semicondutores foi criado. Este grupo investigou uma série de áreas relacionadas com semicondutores e tecnologia de semicondutores, uma das quais era um dispositivo que modularia o fluxo de corrente num canal de compra de semicondutores, colocando um campo eléctrico próximo do mesmo.

Durante essas primeiras experiências, os pesquisadores não conseguiram fazer a idéia funcionar, transformando suas idéias em outra idéia e finalmente inventando outra forma de componente eletrônico semicondutor: o transistor bipolar.

Depois disso, grande parte da pesquisa sobre semicondutores foi focada em melhorar o transistor bipolar, e a idéia de um transistor de efeito de campo não foi completamente investigada por algum tempo. Agora os FETs são muito utilizados, fornecendo o principal elemento ativo em muitos circuitos integrados. Sem estes componentes eletrônicos a tecnologia eletrônica seria muito diferente do que é agora.

Transistor de efeito de campo – o básico

O conceito do transistor de efeito de campo é baseado no conceito de que a carga sobre um objeto próximo pode atrair cargas dentro de um canal semicondutor. Ele opera essencialmente usando um efeito de campo elétrico – daí o nome.

O FET consiste em um canal semicondutor com eletrodos em cada extremidade referidos como o dreno e a fonte.

Um eletrodo de controle chamado gate é colocado muito próximo ao canal para que sua carga elétrica seja capaz de afetar o canal.

Desta forma, a porta do FET controla o fluxo de portadores (electrões ou orifícios) que fluem da fonte para o dreno. Ele faz isso controlando o tamanho e a forma do canal condutor.

O canal semicondutor onde ocorre o fluxo de corrente pode ser do tipo P ou N. Isso dá origem a dois tipos ou categorias de FETs conhecidos como FETs de canal P e FETs de canal N.

Além disso, há duas outras categorias. Aumentar a tensão no portão pode esgotar ou aumentar o número de portadores de carga disponíveis no canal. Como resultado há o modo de melhoramento FET e modo de esgotamento FETs.

Como é apenas o campo eléctrico que controla o fluxo de corrente no canal, diz-se que o dispositivo é operado por voltagem e tem uma alta impedância de entrada, normalmente muitos megohms. Isto pode ser uma vantagem distinta sobre o transistor bipolar que é operado por corrente e tem uma impedância de entrada muito menor.

Circuitos FET

Transistores de efeito de campo são amplamente utilizados em todas as formas de circuito, desde aqueles utilizados em circuitos com componentes eletrônicos discretos, até aqueles empregados em circuitos integrados.

Como o transistor de efeito de campo é um dispositivo operado por tensão e não por corrente como o transistor bipolar, isso significa que alguns aspectos do circuito são muito diferentes: os arranjos de polarização em particular. No entanto o design do circuito eletrônico com FETs é relativamente fácil – é apenas um pouco diferente daquele que usa transistores bipolares.

Usando FETs, circuitos como amplificadores de tensão, buffers ou seguidores de corrente, osciladores, filtros e muitos mais podem ser projetados, e os circuitos são muito parecidos com os de transistores bipolares e até mesmo válvulas termiônicas / tubos de vácuo. Curiosamente as válvulas / tubos também são dispositivos operados por tensão, e portanto seus circuitos são muito similares, mesmo em termos de arranjos de polarização.

Transístores de efeito de campo tipos

Existem muitas maneiras de definir os diferentes tipos de FET que estão disponíveis. Os diferentes tipos significam que durante o projeto do circuito eletrônico, há uma escolha do componente eletrônico correto para o circuito. Ao selecionar o dispositivo certo é possível obter o melhor desempenho para o circuito dado.

FETs podem ser categorizados de várias maneiras, mas alguns dos principais tipos de FETs podem ser cobertos no diagrama em árvore abaixo.

Existem muitos tipos diferentes de FETs no mercado para os quais existem vários nomes. Algumas das principais categorias estão atrasadas abaixo.

• Junction FET, JFET: A junção FET, ou JFET usa uma junção de díodos tendenciosa inversa para fornecer a conexão do portão. A estrutura consiste em um canal semicondutor que pode ser do tipo N ou do tipo P. Um diodo semicondutor é então fabricado no canal de tal forma que a tensão no diodo afete o canal FET.

  Em funcionamento, isto é polarizado inverso e isto significa que está efectivamente isolado do canal – apenas a corrente inversa do díodo pode fluir entre os dois. O JFET é o tipo mais básico de FET, e o que foi desenvolvido pela primeira vez. No entanto, ele ainda oferece um excelente serviço em muitas áreas da eletrônica.

  Leia mais sobre . . . o transistor de efeito de campo de junção, JFET.

• Porta isolada FET / Óxido de metal Silicone FET MOSFET: O MOSFET usa uma camada isolada entre o portão e o canal. Normalmente esta é formada a partir de uma camada de óxido do semicondutor.

  O nome IGFET refere-se a qualquer tipo de FET que tenha uma porta isolada. A forma mais comum de IGFET é o silício MOSFET – Metal Oxide Silicon FET. Aqui, a porta é feita de uma camada de metal colocada sobre o óxido de silício que, por sua vez, está no canal de silício. Os MOSFETs são amplamente utilizados em muitas áreas da eletrônica e particularmente dentro de circuitos integrados.

  O factor chave do IGFET / MOSFET é a impedância extremamente alta da porta que estes FETs são capazes de fornecer. Dito isto, haverá uma capacitância associada e isto irá reduzir a impedância de entrada à medida que a frequência aumenta.

  Leia mais sobre . . . . Óxido de Metal Silício FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Esta é uma forma especializada de MOSFET que tem dois portões em série ao longo do canal. Isso permite que algumas melhorias consideráveis de desempenho sejam feitas, especialmente em RF, quando comparado a dispositivos de porta única.

  A segunda porta do MOSFET oferece isolamento adicional entre a entrada e a saída, e além disso, pode ser usado em aplicações como mistura / multiplicação.

  Leia mais sobre . . . . Porta Dupla MOSFET.

• MESFET: O MEtal Silicon FET é normalmente fabricado usando o Arsenídeo de Gálio e é frequentemente referido como um GaAs FET. Muitas vezes GaAsFETs são usados para aplicações de RF onde eles podem fornecer alto ganho e baixo desempenho de ruído. Um dos inconvenientes da tecnologia GaAsFET resulta da estrutura muito pequena do portão, e isto torna-o muito sensível aos danos causados pela estática, ESD. Deve-se ter muito cuidado ao manusear estes dispositivos.

  Leia mais sobre . . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: O High Electron Mobility Transistor e o Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor são desenvolvimentos do conceito básico de FET, mas desenvolvidos para permitir o funcionamento em frequências muito altas. Embora caros, eles permitem alcançar frequências muito altas e altos níveis de desempenho.

  Leia mais sobre . . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: A tecnologia FinFET está agora a ser usada dentro de circuitos integrados para permitir maiores níveis de integração ao permitir tamanhos de características menores. Como são necessários níveis de densidade mais elevados e se torna cada vez mais difícil conseguir tamanhos de características cada vez menores, a tecnologia FinFET está a ser utilizada de forma mais ampla.

  Leia mais sobre . . . . FinFET.

• VMOS: padrão VMOS para MOS vertical. É um tipo de FET que utiliza um fluxo de corrente vertical para melhorar o desempenho de comutação e transporte de corrente. Os VMOS FETs são amplamente utilizados para aplicações de potência.

Embora existam alguns outros tipos de transistor de efeito de campo que podem ser vistos na literatura, freqüentemente esses tipos são nomes comerciais para uma tecnologia particular e são variantes de alguns dos tipos de FET listados acima.

Especificações do FET

Uma parte da seleção de um tipo particular de transistor de efeito de campo para um determinado circuito, também é necessário entender as diferentes especificações. Desta forma é possível assegurar que o FET irá operar com os parâmetros de desempenho requeridos.

FET especificações incluem tudo desde as tensões e correntes máximas permitidas até os níveis de capacitância e transcondutância. Todos estes desempenham um papel na determinação se um determinado FET é adequado para um determinado circuito ou aplicação.

A tecnologia de transistor de efeito de campo pode ser usada em várias áreas onde os transistores bipolares não são tão adequados: cada um destes dispositivos semicondutores tem suas próprias vantagens e desvantagens, e pode ser usado com grande efeito em muitos circuitos. O transistor de efeito de campo tem uma impedância de entrada muito alta e é um dispositivo acionado por tensão e isso o abre para ser usado em muitas áreas.

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