Como funcionan os MOSFET

O principio de funcionamento do MOSFET baséase principalmente nas súas propiedades estruturais únicas e nos efectos do campo eléctrico. A seguinte é unha explicación detallada de como funcionan os MOSFET:

I. Estrutura básica do MOSFET

Un MOSFET consta principalmente dunha porta (G), unha fonte (S), un drenador (D) e un substrato (B, ás veces conectado á fonte para formar un dispositivo de tres terminais). Nos MOSFET de mellora de canle N, o substrato adoita ser un material de silicio de tipo P de baixo dopado no que se fabrican dúas rexións de tipo N moi dopadas para servir de fonte e drenaxe, respectivamente. A superficie do substrato de tipo P está cuberta cunha película de óxido moi delgada (dióxido de silicio) como capa illante, e un electrodo é debuxado como porta. Esta estrutura fai que a porta sexa illada do substrato de semicondutores tipo P, do drenaxe e da fonte, polo que tamén se chama tubo de efecto de campo de porta illada.

II. Principio de funcionamento

Os MOSFET funcionan usando a tensión da fonte de porta (VGS) para controlar a corrente de drenaxe (ID). En concreto, cando a tensión da fonte de porta positiva aplicada, VGS, é maior que cero, aparecerá un campo eléctrico superior positivo e inferior negativo na capa de óxido debaixo da porta. Este campo eléctrico atrae electróns libres na rexión P, o que fai que se acumulen debaixo da capa de óxido, mentres repelen os buratos na rexión P. A medida que aumenta VGS, aumenta a intensidade do campo eléctrico e aumenta a concentración de electróns libres atraídos. Cando o VGS alcanza unha determinada tensión de limiar (VT), a concentración de electróns libres reunidos na rexión é o suficientemente grande como para formar unha nova rexión de tipo N (canle N), que actúa como unha ponte que conecta o drenaxe e a fonte. Neste punto, se existe unha determinada tensión de condución (VDS) entre o drenaxe e a fonte, o ID de corrente de drenaxe comeza a fluír.

III. Formación e cambio de canle condutor

A formación da canle condutora é a clave para o funcionamento do MOSFET. Cando VGS é maior que VT, establécese a canle condutora e o ID de corrente de drenaxe vese afectado tanto por VGS como por VDS. VGS afecta o ID controlando a anchura e a forma da canle condutora, mentres que VDS afecta a ID directamente como a tensión de condución. É importante ter en conta que, se a canle condutora non está establecida (é dicir, VGS é menor que VT), aínda que VDS estea presente, o ID de corrente de drenaxe non aparece.

IV. Características dos MOSFET

Alta impedancia de entrada:A impedancia de entrada do MOSFET é moi alta, preto do infinito, porque hai unha capa illante entre a porta e a rexión fonte-dren e só unha corrente de porta débil.

Baixa impedancia de saída:Os MOSFET son dispositivos controlados por voltaxe nos que a corrente fonte-dren pode cambiar coa tensión de entrada, polo que a súa impedancia de saída é pequena.

Caudal constante:Cando se opera na rexión de saturación, a corrente do MOSFET practicamente non se ve afectada polos cambios na tensión da fonte-dren, proporcionando unha corrente constante excelente.

Boa estabilidade de temperatura:Os MOSFET teñen un amplo rango de temperaturas de funcionamento de -55 °C a uns +150 °C.

V. Aplicacións e clasificacións

Os MOSFET son amplamente utilizados en circuítos dixitais, circuítos analóxicos, circuítos de enerxía e outros campos. Segundo o tipo de operación, os MOSFET pódense clasificar en tipos de mellora e esgotamento; segundo o tipo de canle condutor, pódense clasificar en canle N e canle P. Estes diferentes tipos de MOSFET teñen as súas propias vantaxes en diferentes escenarios de aplicación.

En resumo, o principio de funcionamento do MOSFET é controlar a formación e o cambio da canle condutora a través da tensión da fonte da porta, que á súa vez controla o fluxo da corrente de drenaxe. A súa alta impedancia de entrada, baixa impedancia de saída, corrente constante e estabilidade de temperatura fan dos MOSFET un compoñente importante nos circuítos electrónicos.