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Tetrodo de efecto de campo

Un tetrodo de efecto de campo es un dispositivo semiconductor de efecto de campo de cuatro terminales. El término se introdujo en 1959 para una clase de dispositivos de efecto d...

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Un tetrodo de efecto de campo es un dispositivo semiconductor de efecto de campo de cuatro terminales. El término se introdujo en 1959 para una clase de dispositivos de efecto de campo de doble canal. Posteriormente, durante la década de 1960, se volvió a utilizar para ciertos dispositivos MOS multigates empleados principalmente en electrónica de radiofrecuencia.

Estructura de canal simétrica

El transistor de efecto de campo tetrodo [ 1 ] o tetrodo de efecto de campo es un dispositivo semiconductor de estado sólido , construido mediante la creación de dos canales de efecto de campo con contactos independientes, separados por una unión. En esta forma, es un dispositivo de cuatro terminales que no tiene terminales de puerta específicos, ya que cada canal actúa como puerta para el otro, [ 2 ] modulando las condiciones de voltaje la corriente que transporta el otro canal. [ 3 ]

El dispositivo fue analizado por HA Stone Jr. y RM Warner Jr. de los Laboratorios Bell en un artículo de 1961. [ 4 ] Los autores describieron una estructura simétrica de canales de conducción de tipo n y tipo p adyacentes que comparten una unión polarizada inversamente, con dos terminales conectados a cada canal. La corriente en cada canal depende de los cuatro voltajes de los terminales. El artículo desarrolló relaciones corriente-voltaje basadas en este control mutuo y analizó aplicaciones que incluyen resistencias variables electrónicamente, inversión de impedancia, transmisión de señales no recíprocas y resistencia negativa controlada por voltaje .

Relación corriente-voltaje

El comportamiento de corriente-tensión del dispositivo se puede expresar analíticamente modelando los canales de tipo n y de tipo p como dos trayectorias de conducción cuyas corrientes están determinadas conjuntamente por las tensiones de los cuatro terminales.

Donde el voltaje en el primer canal esV1−V2{\displaystyle V_{1}-V_{2}}y el voltaje en el segundo canal esV3−V4{\displaystyle V_{3}-V_{4}}, la corriente en el primer canal,I1{\displaystyle I_{1}}y la corriente en el segundo canal,I2{\displaystyle I_{2}}, se dan por:

I1=GRAMO1(V1−V2)[1−23Vpag1/2(V1−V3)(3/2)−(V2−V4)(3/2)(V1−V3)−(V2−V4)]{\displaystyle I_{1}=G_{1}(V_{1}-V_{2})\left[1-{\frac {2}{3V_{p}^{1/2}}}{\frac {(V_{1}-V_{3})^{(3/2)}-(V_{2}-V_{4})^{(3/2)}}{(V_{1}-V_{3})-(V_{2}-V_{4})}}\right]}

y

I2=GRAMO2(V3−V4)[1−23Vpag1/2(V3−V1)(3/2)−(V4−V2)(3/2)(V3−V1)−(V4−V2)]{\displaystyle I_{2}=G_{2}(V_{3}-V_{4})\left[1-{\frac {2}{3V_{p}^{1/2}}}{\frac {(V_{3}-V_{1})^{(3/2)}-(V_{4}-V_{2})^{(3/2)}}{(V_{3}-V_{1})-(V_{4}-V_{2})}}\right]},

donde elGRAMOi{\displaystyle G_{i}}son la conductancia de bajo voltaje de los canales yVpag{\displaystyle V_{p}}es la tensión de estrangulamiento (se supone que es la misma para cada canal).

Aplicaciones

El tetrodo de efecto de campo puede utilizarse como una resistencia variable electrónica de alta linealidad ; su resistencia no se modula por la tensión de la señal. La tensión de la señal puede superar la tensión de polarización , la tensión de estrangulamiento y la tensión de ruptura de la unión . El límite depende de la disipación. La corriente de la señal fluye en proporción inversa a las resistencias del canal. La señal no modula la capa de agotamiento , por lo que el tetrodo puede funcionar a altas frecuencias. La relación de sintonización puede ser muy grande; el límite de alta resistencia se encuentra en el rango de los megaohmios para condiciones de estrangulamiento simétricas. [ 2 ]

Tetrodos MOS y MOSFET de doble puerta

En electrónica de radiofrecuencia, el término tetrodo MOS se ha utilizado para describir MOSFETs de doble puerta, en los que dos electrodos de puerta separados controlan un único canal de conducción. Estos dispositivos se desarrollaron para aplicaciones de amplificación de RF, donde una puerta se utiliza para la entrada de señal y la otra para el control de ganancia, reduciendo la retroalimentación de forma análoga a una rejilla de pantalla. Su estructura multipuerta proporciona un buen rango dinámico y un rendimiento mejorado en altas frecuencias, y a menudo se analizan como etapas en cascada para explicar su comportamiento en frecuencias VHF. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

En los dispositivos MOS planares, el terminal de sustrato (o cuerpo) afecta la conducción del canal a través de la unión cuerpo-canal, funcionando como una puerta de unión. El sustrato suele estar conectado a la fuente para eliminar el efecto del cuerpo y estabilizar la tensión umbral . [ 8 ] En otras aplicaciones, el sustrato se polariza para controlar la tensión umbral o reducir las fugas, especialmente en circuitos de memoria. [ 9 ] En diseños de baja tensión, el sustrato también se ha utilizado directamente como entrada de amplificador cuando la señal de entrada es baja en relación con la tensión umbral. [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Transistor de efecto de campo de tetrodo. Archivado el 8 de diciembre de 2015 en Wayback Machine , definición JEDEC.
  2. 1 2 Raymond M. Warner Jr.; James N. Fordemwalt, eds. (1965). Circuitos integrados: principios de diseño y fabricación . McGraw Hill. págs. 220–223 . 
  3. ↑ Christopher G. Morris, ed. (15 de septiembre de 1992). Diccionario de ciencia y tecnología de Academic Press . Academic Press. pág . 824. ISBN  9780122004001.
  4. ↑ Stone, HA; Warner, RM (julio de 1961). "El tetrodo de efecto de campo". Actas del IRE . 49 (7): 1170– 1183. Bibcode : 1961PIRE...49.1170S . doi : 10.1109/JRPROC.1961.287861 .
  5. ↑ Ditrick, N.; Mitchell, M.; Dawson, R. (1965). "Un tetrodo MOS de baja potencia". Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos . Washington, DC, EE. UU.: IEEE. pág. 62. doi : 10.1109/IEDM.1965.187628 . 
  6. ↑ Burns, Joseph (septiembre de 1967). "Características de alta frecuencia del transistor de efecto de campo de puerta aislada". RCA Review . 28 (3): 396– 400.
  7. ↑ Okumura, T. (enero de 1969). "El tetrodo MOS". Philips Technical Review . 30 (1): 134– 141.
  8. ↑ Razavi, Behzad (2001). Diseño de circuitos integrados analógicos CMOS . McGraw-Hill. pág. 73. ISBN  978-0-07-052903-8.
  9. ↑ Bhavnagarwala, AJ; Kosonocky, SV; Immediato, M.; Knebel, D.; Haen, A.-M. (junio de 2003). "Una SRAM DSP de clase picojulio, 1 GHz, 32 KByte×64 b con polarización inversa automática". Simposio de 2003 sobre circuitos VLSI. Resumen de artículos técnicos (IEEE Cat. No.03CH37408) . págs. 251–252 . Bibcode : 2003vlsc.conf...70B . doi : 10.1109/VLSIC.2003.1221218 . ISBN  4-89114-034-8.
  10. ↑ Allen, PW; Blalock, BJ; Rincon, GA (febrero de 1995). "Un amplificador operacional CMOS de 1 V que utiliza MOSFETs controlados por sustrato" . Actas de la ISSCC '95 - Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido . págs. 192–193 . doi : 10.1109/ISSCC.1995.535518 . ISBN  0-7803-2495-1.