O que é um transistor NMOS?
Um transistor NMOS é um tipo de transistor de efeito de campo (FET) que opera usando polaridade negativa.
Estrutura NMOS
É composto por três regiões: a fonte, o dreno e a porta. A fonte é onde a corrente entra, o dreno é onde ela sai e a porta controla o fluxo de corrente. Quando uma tensão é aplicada à porta, ela cria um campo elétrico que influencia o comportamento dos elétrons no canal entre a fonte e o dreno. Isso pode aumentar ou diminuir o fluxo de corrente através do transistor.
Como funciona o NMOS?
O NMOS funciona controlando o fluxo de corrente através de um canal condutor entre os terminais de fonte e dreno, aplicando um campo elétrico a um elétrodo de porta, que é separado do canal por uma fina camada isolante.
Quando a tensão gate-source (vGS) é zero, e mesmo que a tensão drain-source (vDS) seja aplicada, as junções PN entre a fonte e o dreno de um transistor NMOS são polarizadas reversamente, e a região de esgotamento entre elas se torna muito larga para suportar o fluxo de corrente. Portanto, a corrente entre o dreno e a fonte (iD) é insignificante.
No entanto, quando vGS é positivo, um campo elétrico é gerado na camada isolante de SiO2 entre o gate e o substrato. Esse campo atrai elétrons e repele buracos do substrato próximo ao gate, criando uma região de esgotamento. Quando a magnitude de vGS aumenta, mais elétrons são atraídos para a superfície do substrato, formando um canal do tipo N que conecta os terminais de fonte e dreno. O canal é então capaz de suportar o fluxo de corrente entre os terminais de fonte e dreno.
A tensão na qual o canal começa a se formar é chamada de tensão de limiar (VT). Um transistor NMOS é considerado um transistor de modo de reforço porque requer que vGS seja maior que VT para criar um canal condutor.
A tensão dreno-fonte (vDS) afeta a corrente que flui através do canal. À medida que vDS aumenta, a espessura do canal próximo ao dreno diminui e a corrente aumenta. No entanto, quando vDS atinge um valor igual a vGS menos VT, o canal se estreita a ponto de a corrente não aumentar mais, e o transistor entra no modo de saturação.
Em resumo, um transistor NMOS opera criando um canal condutor entre os terminais de fonte e dreno quando uma tensão positiva é aplicada ao gate, permitindo que a corrente flua entre os terminais de fonte e dreno. A corrente é controlada pela tensão aplicada aos terminais gate e dreno.
NMOS vs PMOS
NMOS e PMOS são ambos semicondutores de óxido metálico, mas existem algumas diferenças entre eles:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS de acionamento (modo de enriquecimento) | Porta positiva em relação à fonte | Porta negativa em relação à fonte |
| Tipo de canal | Canal n | Canal p |
| Portadores do canal | Elétrons | Lacunas |
| VGS(th) (modo de enriquecimento) | Positiva; especificada com pequena corrente de teste | Negativa; especificada com pequena corrente de teste |
| Velocidade de comutação | Depende da carga de porta, acionador e carga elétrica | Depende da carga de porta, acionador e carga elétrica |
| Custo | Comparar o dispositivo escolhido e o acionador necessário | Comparar o dispositivo escolhido e o acionador necessário |
| Perdas de potência | Dependem de RDS(on), corrente e condições de comutação | Dependem de RDS(on), corrente e condições de comutação |
| Exemplos de uso | Chaves do lado baixo, estágios de potência e circuitos lógicos/analógicos | Chaves de carga do lado alto e circuitos lógicos/analógicos complementares |
Aplicação do NMOS
Os transistores NMOS são comumente usados em circuitos digitais como interruptores ou amplificadores. Eles também podem ser encontrados em microprocessadores, chips de memória e outros dispositivos eletrônicos.
Selecionar e verificar uma chave NMOS
Escolher transistor e acionador de porta considerando alimentação, corrente de carga, frequência de comutação e limites térmicos.
Acionamento de porta, caminho de corrente e temperatura
| Área | O que verificar | Por que importa |
|---|---|---|
| Acionamento de porta | Verificar RDS(on) na VGS disponível, carga de porta e corrente do acionador | VGS(th) indica um limiar com baixa corrente, não garante baixa resistência de condução |
| Caminho de corrente | Verificar referência da fonte, sentido do diodo intrínseco, corrente de carga e limitação de transientes | O diodo intrínseco pode conduzir com a porta desligada |
| Projeto térmico | Estimar perdas de condução e comutação; verificar SOA, temperatura de junção e dissipação | A corrente admissível depende do regime de operação e projeto térmico |
