O que é um FET: Transistor de Efeito de Campo: Tipos, Tecnologia, etc
O Transistor de Efeito de Campo, FET, é um dispositivo ativo de três terminais que usa um campo elétrico para controlar o fluxo de corrente e tem uma alta impedância de entrada que é útil em muitos circuitos.
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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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O transistor de efeito de campo, FET, é um componente eletrônico chave usado em muitas áreas da indústria eletrônica.
O FET usado em muitos circuitos construídos a partir de componentes eletrônicos discretos em áreas de tecnologia de RF para controle de potência e comutação eletrônica para amplificação geral.
Transistores de efeito de campo típicos
No entanto, o principal uso do transistor de efeito de campo, o FET, está dentro de circuitos integrados. Nesta aplicação, os circuitos FET consomem níveis de energia muito mais baixos do que os CIs que usam a tecnologia de transistor bipolar. Isso permite que os circuitos integrados de grande escala operem. Se a tecnologia bipolar fosse usada, o consumo de energia seria muito maior e a energia gerada seria muito grande para ser dissipada pelo circuito integrado.
Além de serem usados em circuitos integrados, versões discretas desses dispositivos semicondutores estão disponíveis como componentes eletrônicos com chumbo e também como dispositivos de montagem em superfície.
Field Effect Transistor, História do FET
Antes que os primeiros FETs fossem introduzidos no mercado de componentes eletrônicos, o conceito desses dispositivos semicondutores já era conhecido há vários anos. Havia muitas dificuldades em realizar esse tipo de dispositivo e fazê-lo funcionar.
Alguns dos primeiros conceitos para o transistor de efeito de campo foram descritos em um artigo de Lilienfield em 1926 e em outro artigo de Heil em 1935.
Os próximos fundamentos foram estabelecidos durante a década de 1940 nos Laboratórios Bell, onde o grupo de pesquisa em semicondutores foi estabelecido. Esse grupo investigou várias áreas relacionadas a semicondutores e tecnologia de semicondutores, uma das quais era um dispositivo que modulasse a corrente fluindo em um canal semicondutor, colocando um campo elétrico próximo a ele.
Durante esses experimentos iniciais, os pesquisadores não conseguiram fazer a ideia funcionar, voltando sua atenção para outra ideia e, eventualmente, inventando outra forma de componente eletrônico de semicondutor: o transistor bipolar.
Depois disso, grande parte da pesquisa em semicondutores foi focada em melhorar o transistor bipolar, e a ideia de um transistor de efeito de campo não foi totalmente investigada por algum tempo. Agora, os FETs são muito amplamente usados, fornecendo o principal elemento ativo em muitos circuitos integrados. Sem esses componentes eletrônicos, a tecnologia eletrônica seria muito diferente do que é agora.
Transistor de Efeito de Campo – Noções Básicas
O conceito do transistor de efeito de campo é baseado no conceito de que a carga em 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 dreno e fonte.
Um eletrodo de controle chamado de porta é colocado em proximidade muito próxima ao canal para que sua carga elétrica possa afetar o canal.
Dessa forma, a porta do FET controla o fluxo de portadores (elétrons ou lacunas) que fluem da fonte para o dreno. Isso é feito controlando o tamanho e a forma do canal condutor.
O canal semicondutor onde o fluxo de corrente ocorre pode ser do tipo P ou do tipo N. Isso dá origem a dois tipos ou categorias de FET conhecidos como FET de canal P e FET de canal N.
Além disso, existem duas outras categorias. O aumento da tensão na porta pode esgotar ou aumentar o número de portadores de carga disponíveis no canal. Como resultado, existem FETs de modo de aprimoramento e FETs de modo de esgotamento.
Como é apenas o campo elétrico que controla a corrente que flui no canal, o dispositivo é dito ser operado por tensão e tem uma alta impedância de entrada, geralmente muitos megohms. Isso pode ser uma vantagem distinta sobre o transistor bipolar que é operado por corrente e tem uma impedância de entrada muito menor.
Circuitos FET
Os transistores de efeito de campo são amplamente utilizados em todas as formas de projetos de circuitos eletrônicos, desde aqueles usados em circuitos com componentes eletrônicos discretos até aqueles empregados em circuitos integrados.
Nota sobre o projeto do circuito do transistor de efeito de campo:
Os transistores do transistor de campo podem ser usados em muitos tipos de circuitos, embora as três configurações básicas sejam fonte comum, dreno comum (seguidor de fonte) e porta comum. O projeto do circuito em si é bastante direto e pode ser realizado com bastante facilidade.
Leia mais sobre Projeto de circuito de transistor de efeito de campo
Como o transistor de efeito de campo é um dispositivo semicondutor operado por tensão, em vez de um dispositivo de 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 de circuitos eletrônicos com FETs é relativamente fácil – é apenas um pouco diferente do uso de transistores bipolares.
Usando FETs, circuitos como amplificadores de tensão, buffers ou seguidores de corrente, osciladores, filtros e muito mais podem ser projetados, e os projetos de circuito são muito semelhantes aos de transistores bipolares e até válvulas termiônicas / tubos de vácuo, embora os arranjos de polarização sejam diferentes . Curiosamente, válvulas / tubos também são dispositivos operados por tensão e, portanto, seus projetos de circuito são muito semelhantes, mesmo em termos de arranjos de polarização.
Tipos de Transistor de Efeito de Campo
Existem muitas maneiras de definir os diferentes tipos de FET disponíveis. Os diferentes tipos significam que durante o projeto do circuito eletrônico, há uma escolha do componente eletrônico certo para o circuito. Ao selecionar o dispositivo certo, é possível obter o melhor desempenho para o circuito em questão.
Os FETs podem ser categorizados de várias maneiras, mas alguns dos principais tipos de FET podem ser abordados no diagrama de árvore abaixo.
Existem muitos tipos diferentes de FET no mercado para os quais existem vários nomes. Algumas das principais categorias estão atrasadas abaixo.
- Junção FET, JFET: A junção FET ou JFET usa uma junção de diodo com polarização reversa 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 forma que a tensão no diodo afete o canal FET.Em operação, isso é polarizado inversamente e isso significa que está efetivamente isolado do canal – somente a corrente reversa do diodo pode fluir entre os dois. O JFET é o tipo mais básico de FET e o que foi desenvolvido pela primeira vez. No entanto, ainda oferece um excelente serviço em muitas áreas da eletrônica.Leia mais sobre . . . . transistor de efeito de campo de junção, JFET.
- MOSFET FET de portão isolado / óxido de metal FET MOSFET: O MOSFET usa uma camada isolada entre o portão e o canal. Normalmente este é formado 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 MOSFET de silício – Metal Oxide Silicon FET. Aqui, o portão é feito de uma camada de metal colocada sobre o óxido de silício que por sua vez está no canal de silício. MOSFETs são amplamente utilizados em muitas áreas da eletrônica e particularmente em circuitos integrados.O fator-chave do IGFET / MOSFET é a impedância excessivamente alta que esses FETs são capazes de fornecer. Dito isto, haverá uma capacitância associada e isso reduzirá 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 possui duas portas em série ao longo do canal. Isso permite que algumas melhorias consideráveis de desempenho sejam feitas, especialmente em RF, quando comparadas a dispositivos de porta única.A segunda porta do MOSFET fornece isolamento adicional entre a entrada e a saída e, além disso, pode ser usada em aplicações como mixagem/multiplicação.Leia mais sobre . . . . MOSFET de porta dupla.
- MESFET: O MEtal Silicon FET é normalmente fabricado usando Arsenieto de Gálio e é muitas vezes referido como GaAs FET. Freqüentemente, os GaAsFETs são usados para aplicações de RF, onde podem fornecer desempenho de alto ganho e baixo ruído. Uma das desvantagens da tecnologia GaAsFET resulta da estrutura de porta muito pequena, e isso a torna muito sensível a danos causados por estática, ESD. Deve-se ter muito cuidado ao manusear esses dispositivos. Leia mais sobre . . . . MESFET / GaAsFET.
- HEMT / PHEMT: O Transistor de Mobilidade Eletrônica Alta e o Transistor Pseudomórfico de Mobilidade Eletrônica Alta são desenvolvimentos do conceito FET básico, mas desenvolvidos para permitir operação de frequência muito alta. Apesar de caros, eles permitem atingir frequências muito altas e altos níveis de desempenho. Leia mais sobre . . . . HEMT / PHEMT.
- FinFET: a tecnologia FinFET agora está sendo usada em circuitos integrados para permitir que níveis mais altos de integração sejam alcançados, permitindo tamanhos de recursos menores. Como níveis de densidade mais altos são necessários e torna-se cada vez mais difícil realizar tamanhos de recursos cada vez menores, a tecnologia FinFET está sendo usada mais amplamente. Leia mais sobre . . . . FinFET.
- VMOS: padrão VMOS para MOS vertical. É um tipo de FET que usa um fluxo de corrente vertical para melhorar o desempenho de comutação e transporte de corrente. VMOS FETs são amplamente utilizados para aplicações de energia.
Embora existam alguns outros tipos de transistor de efeito de campo que podem ser vistos na literatura, geralmente esses tipos são nomes comerciais para uma tecnologia específica e são variantes de alguns dos tipos de FET listados acima.
Especificações FET
Além de selecionar um tipo específico de transistor de efeito de campo para qualquer projeto de circuito, também é necessário entender as diferentes especificações. Dessa forma, é possível garantir que o FET opere de acordo com os parâmetros de desempenho exigidos.
As especificações do FET incluem tudo, desde as tensões e correntes máximas permitidas até os níveis de capacitância e transcondutância. Todos eles desempenham um papel em determinar se algum FET específico é adequado para um determinado circuito ou aplicação.
Leia mais sobre . . . . Especificações FET e parâmetros de folha de dados.
A tecnologia de transistor de efeito de campo pode ser usada em várias áreas onde os transistores bipolares não são tão adequados: cada um desses 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 voltagem e isso o abre para ser usado em muitas áreas.
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