Entendiendo el MOSFET: Funcionamiento y Características Clave
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MOSFET: Funcionamiento y Características
El MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) es un transistor de efecto de campo ampliamente utilizado en la electrónica moderna. A continuación, se describen los principios de funcionamiento de los MOSFET de empobrecimiento y enriquecimiento.
MOSFET de Empobrecimiento
Este tipo de MOSFET está formado por un sustrato en el que se difunde un material que actúa como drenador, otro material que funciona como fuente, y ambos están unidos por un canal del mismo tipo. La compuerta (G) está aislada del canal mediante una capa de dióxido de silicio (un vidrio aislante), lo que hace que la corriente de la compuerta sea prácticamente cero y la impedancia de entrada sea casi infinita.
Funcionamiento con VGS = 0
Cuando la tensión VGS es cero, la tensión VDS permite que los electrones circulen por el canal, generando una corriente de drenador (ID) conocida como IDSS.
Funcionamiento con VGS Negativa
Al aplicar un potencial negativo en la compuerta, los electrones son repelidos hacia el sustrato P, reduciendo la cantidad de electrones libres disponibles en el canal N para la conducción. Esto disminuye la corriente ID que circula por el canal. Cuando VGS negativa alcanza la tensión de estrangulamiento, ID se vuelve cero.
Funcionamiento con VGS Positiva
Un potencial positivo en la compuerta atrae electrones desde el sustrato P, incrementando la corriente ID a través del canal. Cuanto más positiva sea VGS, mayor será la corriente de drenador ID.
MOSFET de Enriquecimiento
En este tipo de MOSFET, el control de la corriente de drenador se realiza mediante tensiones VGS positivas que deben superar una tensión mínima, conocida como tensión de umbral. La principal diferencia con el MOSFET de empobrecimiento es la ausencia del canal físico.
Funcionamiento
Cuando VGS = 0 y aumenta VDS, la corriente de drenador es cero porque no existe un canal preexistente. Existen dos uniones N-P polarizadas inversamente con su barrera de potencial, impidiendo el flujo de corriente ID.
Al aplicar una tensión positiva en la compuerta, los electrones del sustrato son atraídos y se acumulan junto a la capa de dióxido de silicio. Cuando VGS positiva aumenta, también aumenta la concentración de electrones, enriqueciendo la zona y formando un canal N inducido.
La tensión VGS positiva que induce la formación del canal e inicia la circulación de corriente ID se denomina tensión de umbral Vt (VGS(TH)). A medida que VGS aumenta por encima de Vt, la corriente de drenador ID aumenta, pero las barreras de potencial se ensanchan de manera desigual, lo que provoca que el canal se estreche hasta que la corriente ID deja de aumentar significativamente.
Aumentos posteriores de VDS incrementarán la barrera de potencial, manteniendo el estrangulamiento y alargando la zona de conducción, pero la corriente ID se mantiene constante hasta que la tensión VDS alcanza las condiciones de ruptura.
Características
- Característica de transferencia: ID en función de VGS
- Característica de salida: ID en función de VDS
Los valores ID(ON) y VGS(ON) son proporcionados por el fabricante y se utilizan para los cálculos. La corriente ID comienza a circular cuando la tensión compuerta-fuente VGS supera el valor de umbral Vt.