Entendiendo el MOSFET: Funcionamiento y Características Clave

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 V_GS = 0

Cuando la tensión V_GS es cero, la tensión V_DS permite que los electrones circulen por el canal, generando una corriente de drenador (I_D) conocida como I_DSS.

Funcionamiento con V_GS 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 I_D que circula por el canal. Cuando V_GS negativa alcanza la tensión de estrangulamiento, I_D se vuelve cero.

Funcionamiento con V_GS Positiva

Un potencial positivo en la compuerta atrae electrones desde el sustrato P, incrementando la corriente I_D a través del canal. Cuanto más positiva sea V_GS, mayor será la corriente de drenador I_D.

MOSFET de Enriquecimiento

En este tipo de MOSFET, el control de la corriente de drenador se realiza mediante tensiones V_GS 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 V_GS = 0 y aumenta V_DS, 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 I_D.

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 V_GS positiva aumenta, también aumenta la concentración de electrones, enriqueciendo la zona y formando un canal N inducido.

La tensión V_GS positiva que induce la formación del canal e inicia la circulación de corriente I_D se denomina tensión de umbral V_t (V_GS(TH)). A medida que V_GS aumenta por encima de V_t, la corriente de drenador I_D aumenta, pero las barreras de potencial se ensanchan de manera desigual, lo que provoca que el canal se estreche hasta que la corriente I_D deja de aumentar significativamente.

Aumentos posteriores de V_DS incrementarán la barrera de potencial, manteniendo el estrangulamiento y alargando la zona de conducción, pero la corriente I_D se mantiene constante hasta que la tensión V_DS alcanza las condiciones de ruptura.

Características

• Característica de transferencia: I_D en función de V_GS
• Característica de salida: I_D en función de V_DS

Los valores I_D(ON) y V_GS(ON) son proporcionados por el fabricante y se utilizan para los cálculos. La corriente I_D comienza a circular cuando la tensión compuerta-fuente V_GS supera el valor de umbral V_t.