Considere um MOSFET de intensificação. Dados:
;
(para
e
).
a) Determine a constante
do dispositivo;
b) Para a condição
, determine a corrente de dreno para esse dispositivo quando
; 4 V e 6 V ;
c) Esboce a curva
para esse dispositivo.
a) Determine a constante
b) Para a condição
c) Esboce a curva
Passo 1
O enunciado dá um MOSFET de intensificação (presumo n‑channel) com as seguintes informações:
O que pedem:
a) Determinar a constante do dispositivo.
b) Para , determinar
quando
,
e
.
c) Esboçar (descrever) a curva para esse dispositivo, comentando os pontos relevantes.
a) Determinar a constante
b) Para
c) Esboçar (descrever) a curva
Passo 2
Primeiro: que fórmulas vamos usar? Vou explicar devagarinho.
-
Corte (transistor desligado): se
então o canal não se forma e, desprezando corrente de sub‑threshold, . -
Região linear (triode, quando o canal existe e
): a corrente é aproximadamente
Explicando as variáveis:
reúne dimensões e mobilidade do transistor (unidade:
),
é tensão gate‑source,
é limiar,
é tensão drain‑source. A expressão mostra que, para pequeno
,
cresce quase linearmente com
.
- Região de saturação (quando
): a corrente se “satura” (desprezando canal‑comprimento modulação)
Aqui
não depende (idealmente) de
além do ponto de saturação.
Essas são as fórmulas básicas que usaremos. Agora aplicamos ao dado do enunciado.
Passo 3
Determinar
usando o dado
para
e
.
Observação:
. Como
, o transistor está em saturação, então usamos a fórmula de saturação:
Substituindo valores:
Isolando
:
Em unidades mais usuais:
(ou, em ampère por volt quadrado,
).
Passo 4
Calcular
para
e
.
Calcule
. Como
, o transistor está em corte (não há canal formado). Portanto, desprezando corrente de sub‑threshold,
É sempre bom dizer: na prova, escreva que está em corte e que
é nulo (ou aproximadamente nulo).
Passo 5
Calcular
para
e
.
Aqui
. Compare com
. Temos
, ou seja, estamos exatamente na fronteira entre região linear e saturação. Pode‑se usar qualquer fórmula; ambas dão o mesmo resultado no ponto de transição. Uso a fórmula de saturação (mais simples nesse ponto):
Substituindo
:
(Se preferir, usando a fórmula linear com
também chega ao mesmo resultado.)
Passo 6
Calcular
para
e
.
Agora
. Como
, o transistor está na região linear (triode). Use a fórmula da região linear:
Substituindo números:
Como
:
Passo 7
Esboço e descrição da curva
(item c). Vou descrever como desenhar e os pontos numéricos importantes; na prova faça um desenho com curvas para os três
pedidos.
Regra geral para cada curva fixa
:
- Para
(ex.: ) para todo (corte). - Para
a curva começa com um comportamento quase linear com (região triode), segundo
até atingir
. A partir desse ponto a curva entra em saturação e fica (idealmente) quase horizontal em
Pontos numéricos para nosso dispositivo (usar esses para marcar no esboço):
-
: corte → . -
: . Para a corrente cresce segundo a fórmula triode; em atinge e para satura em . -
: . Para a corrente cresce (triode) e em atinge a saturação ; para permanece próxima de (idealmente constante).
Dica prática para desenhar: no eixo horizontal marque
de 0 a, digamos, 10 V. Faça três curvas:
- para
praticamente no eixo ; - para
, curve cresce até e daí segue quase horizontal em ; - para
, curve cresce mais (pente inicial maior), atinge saturação em onde e daí fica horizontal.
Observação: estamos ignorando efeitos como modulação de comprimento de canal (
), então as linhas de saturação ficam planas no esboço.
Resposta
a)
(ou
).
b)
c) Curva : para cada
com
a corrente cresce na região triode até
e então satura em
. Numericamente:
→
(corte);
→ cresce até
e satura em
;
→ cresce até
e satura em
.
b)
c) Curva