Transistores MOSFET: Funcionamiento, Regiones y Aplicaciones en Electrónica

Transistores MOSFET: Funcionamiento, Regiones y Aplicaciones

1. ¿Cuál es el terminal de control de un FET? ¿Y los terminales controlados? ¿Qué magnitud eléctrica es la que controla el funcionamiento del transistor?

El terminal de control de un transistor FET es la puerta (gate). Los transistores de efecto de campo (FET, Field Effect Transistor) son importantes dispositivos que, al igual que los bipolares, se utilizan como amplificadores e interruptores lógicos. A diferencia de los transistores bipolares, un FET está controlado por la magnitud eléctrica de la tensión. Entonces, si se aplica una tensión entre drenador y fuente, fluirá una corriente que sale de la fuente, y va a través del canal, hacia el drenador. La corriente de drenador está controlada por la tensión que se aplica a la puerta.

2. Comparación de las estructuras y símbolos de un transistor MOSFET de canal N y canal P, así como el sentido y polaridad de las corrientes y tensiones en sus terminales

Son dispositivos simétricos y complementarios. Se diferencian en:

  • El sentido de las corrientes es opuesto.
  • Cambian la polaridad.
  • El flujo de electrones en los huecos.

Los MOSFET de canal N conducen mejor que los de canal P (usaremos más los de canal N por su utilidad frente a los P). Los terminales de los transistores no son intercambiables como los bipolares, ya que están diseñados para que el sustrato interaccione de forma N-P o P-N.

3. ¿Cuándo se dice que un transistor MOSFET está en saturación? ¿Qué sabemos de las tensiones y corrientes en los terminales del dispositivo cuando está en esta región de comportamiento?

Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, la anchura del canal en el extremo del drenador se hace cero. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debido al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales. Es decir, llega una tensión límite en la cual si seguimos aumentando la tensión no conseguiremos incrementar la corriente, que permanecerá constante.

4. ¿Cuándo se dice que un transistor MOSFET está en región óhmica? ¿Qué sabemos de las tensiones y corrientes en los terminales del dispositivo cuando está en esta región de comportamiento?

Estamos en la situación en que VGS es mayor que la tensión de umbral. El campo eléctrico que resulta de la tensión aplicada a la puerta ha repelido a los huecos de la región situada bajo la puerta, y ha atraído a electrones que pueden fluir con facilidad en la dirección de polarización directa a través de la unión fuente-sustrato. Esta repulsión y atracción simultáneas producen un canal de tipo N entre el drenador y la fuente. Entonces, al aumentar VDS, la corriente fluye hacia el drenador a través del canal y de la fuente. Para valores pequeños de VDS, la corriente de drenador es proporcional a VDS. Esta región equivale a la activa del transistor bipolar, en el que se comporta como un interruptor cerrado.

5. ¿En qué región o regiones de funcionamiento trabaja un transistor MOSFET cuando se emplea como amplificador? ¿Por qué?

Trabaja en la región de saturación. Los generadores de tensión continua polarizan el MOSFET en un punto de trabajo adecuado (saturación) para que pueda tener lugar la amplificación de la señal de entrada Vin(t). La tensión de entrada Vin(t) hace que VGS varíe con el tiempo, lo que a su vez hace que varíe ID. La caída de tensión variable en Rd hace que aparezca en el terminal del drenador una versión amplificada de la señal.

6. ¿En qué región o regiones de funcionamiento trabaja un transistor MOSFET cuando se emplea como conmutador? ¿Por qué?

En corte y saturación. Cuando la tensión de puerta de un MOSFET de canal N (NMOS) es más positiva que la de fuente, el MOSFET conduce (saturación) e, idealmente, se comporta como un conmutador cerrado entre el drenador y la fuente. Cuando la tensión puerta-fuente es cero, el MOSFET no conduce (corte) y se comporta idealmente como un interruptor abierto entre el drenador y la fuente.

7. Simplificando, se denomina transistor MOSFET al transistor MOSFET de enriquecimiento (enhancement), ¿qué otros dos tipos de transistores son también transistores de efecto de campo (FET)? Desde el punto de vista de su utilización, ¿qué diferencia estos dos tipos de transistores de un MOSFET de enriquecimiento?

Los JFET y los MOSFET de empobrecimiento.

8. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene un transistor MOSFET frente a un transistor bipolar cuando se emplea como amplificador?

Ventajas

  • Son dispositivos sensibles a la tensión con alta impedancia de entrada (del orden de 107 Ω). Como esta impedancia de entrada es considerablemente mayor que la de los BJT, se prefieren los FET a los BJT para la etapa de entrada de un amplificador multietapa.
  • Los FET generan un nivel de ruido menor que los BJT.
  • Los FET son más estables con la temperatura que los BJT.

Desventajas

  • Los FET exhiben una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacitancia de entrada.
  • Algunos tipos de FET presentan una linealidad muy pobre.

9. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene un transistor MOSFET frente a un transistor bipolar cuando se emplea como conmutador?

Ventajas

  • La velocidad de conmutación para los MOSFET está en el orden de los nanosegundos, por esto son muy usados en convertidores de pequeña potencia y alta frecuencia.
  • Los MOSFET no tienen el problema de segunda ruptura.

Desventajas

  • Son muy sensibles a las descargas electrostáticas y requieren un embalaje especial.
  • Es relativamente difícil su protección.
  • Son más caros que sus equivalentes bipolares.
  • La resistencia estática entre Drenador-Surtidor es más grande, lo que provoca mayores pérdidas de potencia cuando trabaja en conmutación.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.