FET: Especificações e Parâmetros do Datasheet do FET
Muitos parâmetros e especificações diferentes aparecem nas folhas de dados do FET – tudo, desde o V gs até o R DSON .
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Nosso tutoral de FETs, Transistores de Efeito de Campo, inclui:
Noções básicas de FET | Especificações de FET | JFET | MOSFET | MOSFET de duplo portão | Power MOSFET | MESFET / GaAs FET | HEMT & PHEMT | Tecnologia FinFET | IGBT | MOSFET de carbeto de silício, SiC | GaN FET / HEMT
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Os datasheets do FET, assim como os de outras formas de componentes eletrônicos, contêm uma série de parâmetros e especificações diferentes que definem o desempenho do dispositivo específico.
Para o projeto de circuitos eletrônicos ou ao substituir um FET existente, é importante entender os diferentes parâmetros e especificações que aparecem nos datasheets para que o dispositivo semicondutor correto possa ser escolhido e usado.
Diferentes parâmetros podem ser de maior ou menor importância, dependendo do projeto eletrônico real em andamento. Para projetos de RF, por exemplo, aspectos de RF como capacitância, desempenho de alta frequência e outros serão importantes, mas para fontes de alimentação, dissipação de calor e capacidade de corrente podem ser fundamentais.
No entanto, um bom entendimento de todos os principais parâmetros do FET é útil para que todo o desempenho possa ser avaliado para garantir sua adequação para qualquer projeto eletrônico geral ou projeto de RF específico.
Compreender os diferentes parâmetros do FET permitirá que o FET certo seja escolhido para um projeto eletrônico específico, um projeto de RF ou para substituição, especialmente se a substituição exata não estiver disponível.
Principais Especificações e Parâmetros da folha de dados FET
Em tempos passados, era possível obter folhas de dados impressas ou até mesmo livros de folhas de dados ao realizar um projeto eletrônico. Hoje em dia, as folhas de dados para componentes eletrônicos estão normalmente disponíveis on-line. Curiosamente, embora o formato das folhas de dados tenha permanecido o mesmo, a única mudança real tem sido o método de entrega.
É bastante normal, ao iniciar o projeto de um circuito eletrônico, pesquisar na Internet por dispositivos adequados. Isso torna muito mais rápido do que ter que esperar que uma folha de dados seja enviada, caso não esteja disponível no laboratório de design eletrônico.
As principais especificações de FET usadas em folhas de dados são resumidas na lista abaixo. Alguns dos parâmetros são particularmente importantes para diferentes tipos de FET, como o JFET, enquanto outros podem ser mais aplicáveis a MOSFETs ou outras formas de transistores de efeito de campo.
Tipo de FET
Um dos principais parâmetros para qualquer projeto eletrônico será o tipo de FET. Seja um JFET, MOSFET, MOSFET de portão duplo, FET de potência, IGBT ou qualquer outro, este será o primeiro parâmetro a ser avaliado.
Os diferentes tipos de FET tendem a ser usados em diferentes cenários ou projetos eletrônicos:
- JFET: JFETs usam um diodo com polarização reversa na entrada do portão para fornecer a entrada de controle para o dispositivo semicondutor. Eles são facilmente produzidos e são frequentemente usados como projetos de uso geral de baixo custo. Um exemplo particular pode ser o 2N3819, que é um cavalo de batalha sólido que está disponível há muitos anos.
- MOSFET: O MOSFET tem uma porta isolada e, portanto, tem uma impedância de entrada muito alta. Esses FETs também estão amplamente disponíveis e podem ser usados em uma ampla variedade de projetos eletrônicos.
- MOSFET de porta dupla: Esta forma de MOSFET tem duas portas. A segunda porta permite que ela seja usada em projetos de RF, como misturadores de RF, onde uma porta é usada para o sinal de entrada e a outra para o oscilador local. A segunda porta também permite que a capacitância de realimentação do circuito de saída para a entrada seja reduzida para evitar oscilações espúrias. Como resultado, esses dispositivos também são usados para amplificadores de RF para VHF e acima, onde mesmo pequenos valores de capacitância são significativos.
- MOSFET de potência: Muitos FETs são usados para o que pode ser chamado de aplicações “padrão” ou projetos de circuitos de pequenos sinais. No entanto, alguns FETs são usados para circuitos eletrônicos relacionados à energia: em fontes de alimentação – particularmente fontes de alimentação comutadas e outros projetos de circuitos de comutação de energia onde são encontrados níveis mais altos de corrente e tensão. Existem muitos MOSFETs de potência fabricados apenas para esses circuitos e cenários e são capazes de lidar com níveis de corrente e tensão muito mais altos.
- GaAs FET: GaAs FETs são uma forma particular de FET. Freqüentemente, eles são usados para amplificadores de RF de baixo ruído e outros projetos de RF para frequências em VHF e acima. Eles são uma forma especializada de junção FET que são úteis para esses projetos de circuito.
- IGBT – transistor bipolar de porta isolada: IGBTs são usados para uma série de circuitos de comutação. Eles são uma combinação de um MOSFET com uma porta isolada e um transistor bipolar. Eles são uma forma de comutador unidirecional sem travamento que pode ser usado em muitos circuitos eletrônicos de comutação, onde apresentam algumas vantagens sobre um transistor bipolar ou um MOSFET de potência.
Embora várias tecnologias FET tenham sido mencionadas aqui, vários outros tipos podem ser selecionados. Uma revisão das diferentes tecnologias pode ser necessária para selecionar o tipo de FET mais adequado.
Especificação de tensão da fonte de porta, V GS
O parâmetro FET V GS é a classificação para a tensão máxima que pode ser tolerada entre os terminais da porta e da fonte.
O objetivo de incluir este parâmetro na planilha de dados é evitar danos ao óxido do portão. A tensão suportável real do óxido de porta é tipicamente muito maior do que isso, mas varia como resultado das tolerâncias existentes nos processos de fabricação. É aconselhável permanecer bem dentro dessa classificação para que a confiabilidade do dispositivo seja mantida. Freqüentemente, muitas regras de projeto indicam que o dispositivo só deve funcionar até 60 ou 70% dessa classificação.
Especificação de tensão dreno-fonte, V DSS
Esta é uma classificação para a tensão máxima dreno-fonte que pode ser aplicada sem causar uma avalanche. O parâmetro é normalmente indicado para o caso em que o gate está em curto com a fonte e para uma temperatura de 25°C. Dependendo da temperatura, a tensão de ruptura da avalanche pode ser menor do que a classificação V DSS .
Ao projetar um circuito, é sempre melhor deixar uma margem significativa entre a tensão máxima a ser experimentada e a especificação V DSS . Freqüentemente, eles podem ser executados em torno de 50% V DSS para garantir a confiabilidade.
Corrente de fuga reversa do portão, Igss
Este parâmetro é particularmente relevante para FETs de junção e é a corrente de fuga dos portadores minoritários através da junção gate-channel com polarização reversa. Normalmente é muito pequeno, especialmente porque os FETs são normalmente fabricados em silício, embora também possa ser importante para dispositivos semicondutores, como GaAs FETs.
Tensão limiar V GS(TH)
A tensão de limiar V GS(TH) é a tensão de porta mínima que pode formar um canal condutor entre a fonte e o dreno. Normalmente é cotado para uma determinada corrente de dreno da fonte.
Corrente de dreno na tensão de porta zero, I dss
Este parâmetro FET é a corrente contínua máxima que o dispositivo pode suportar com o dispositivo totalmente ligado. Normalmente é especificado para uma determinada temperatura, tipicamente 25°C.
Esta especificação FET é baseada na classificação de resistência térmica junção-a-caixa R θJC (junção / temperatura do canal) e a temperatura da caixa.
Este parâmetro FET é de particular interesse para MOSFETs de potência e, ao determinar o parâmetro de corrente máxima, nenhuma perda de comutação é contabilizada. Também manter o caso a 25°C não é viável na prática. Como resultado, a corrente de comutação real deve ser limitada a menos da metade do I dss em TC = 25°C nominal em uma aplicação de comutação rígida. Valores de um terço a um quarto são comumente usados.
Tensão de corte da fonte de porta, VGS (desligado)
A tensão de corte da fonte do gate é realmente uma especificação de desligamento. Ele define a tensão limite para uma determinada corrente residual, de modo que o dispositivo esteja basicamente desligado, mas prestes a ligar.
A tensão limite tem um coeficiente de temperatura negativo, ou seja, diminui com o aumento da temperatura. Este coeficiente de temperatura também afeta os tempos de atraso de ligar e desligar, o que tem impacto em alguns circuitos.
Especificação de transcondutância direta, G fs
A transcondutância direta, g fs de um FET é um parâmetro importante e é uma medida da sensibilidade da corrente de dreno às mudanças na tensão de porta-fonte. A transcondutância direta, G fs é normalmente cotada para um V gs que fornece uma corrente de drenagem de cerca de metade do valor nominal de corrente máximo e para um V DS que garante a operação na região de corrente constante do dispositivo semicondutor.
É interessante notar que a transcondutância de um FET é influenciada pela largura da porta do dispositivo e aumenta proporcionalmente à área ativa dentro do dispositivo semicondutor.
Capacitância de entrada, C iss
O parâmetro de capacitância de entrada para um FET é a capacitância medida entre o gate e os terminais da fonte com o dreno em curto com a fonte para sinais CA. Em outras palavras, esta é efetivamente a capacitância entre o portão e o canal. C iss é composto da porta para drenar a capacitância C gd em paralelo com a porta para a capacitância da fonte C gs . Isso pode ser expresso como:
Fonte de dreno na resistência, R ds(on)
Com o FET totalmente ligado, esta é a resistência em ohms exibida no canal entre o dreno e a fonte. É particularmente importante na comutação de aplicações de lógica para comutação de potência, bem como na comutação de RF, incluindo aplicações em misturadores. Os FETs normalmente são capazes de fornecer um bom desempenho para comutação e têm um valor R ds(on) relativamente baixo .
Dissipação de energia, P tot
Esta especificação FET detalha a potência contínua máxima que o dispositivo pode dissipar. A dissipação de energia é normalmente especificada em posição livre no ar, ou com a base mantida a uma determinada temperatura, normalmente 25°C.
As condições reais, mantidas em um dissipador de calor ou ao ar livre, dependerão dos tipos de dispositivo e do fabricante. Obviamente, os FETs de potência são mais propensos a detalhar em uma condição em que são mantidos em um dissipador de calor, enquanto a condição de ar livre é aplicável aos FETs de sinal.
A capacidade dos dispositivos semicondutores de potência de serem montados em dissipadores de calor será detalhada na especificação mecânica.
Folhas de dados FET contêm uma série de diferentes parâmetros e especificações para definir o desempenho do FET. Tudo isso consta nas diversas fichas técnicas que permitirão a escolha correta do FET.
Os parâmetros e especificações contidos nas folhas de dados não são os mesmos usados para a tecnologia bipolar e, portanto, às vezes demora um pouco mais para entender o que as especificações realmente significam para quem não está tão familiarizado com a tecnologia de dispositivos semicondutores FET.
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