Como funcionam os MOSFETs

O princípio de funcionamento do MOSFET baseia-se principalmente em suas propriedades estruturais únicas e efeitos de campo elétrico. A seguir está uma explicação detalhada de como funcionam os MOSFETs:

I. Estrutura básica do MOSFET

Um MOSFET consiste principalmente em uma porta (G), uma fonte (S), um dreno (D) e um substrato (B, às vezes conectado à fonte para formar um dispositivo de três terminais). Em MOSFETs de aprimoramento de canal N, o substrato é geralmente um material de silício do tipo P com baixa dopagem, no qual duas regiões do tipo N altamente dopadas são fabricadas para servir como fonte e dreno, respectivamente. A superfície do substrato tipo P é coberta por uma película de óxido muito fina (dióxido de silício) como camada isolante, e um eletrodo é desenhado como porta. Essa estrutura torna a porta isolada do substrato semicondutor tipo P, do dreno e da fonte e, portanto, também é chamada de tubo de efeito de campo de porta isolada.

II. Princípio de operação

Os MOSFETs operam usando a tensão da fonte da porta (VGS) para controlar a corrente de dreno (ID). Especificamente, quando a tensão da fonte da porta positiva aplicada, VGS, é maior que zero, um campo elétrico superior positivo e inferior negativo aparecerá na camada de óxido abaixo da porta. Este campo elétrico atrai elétrons livres na região P, fazendo com que eles se acumulem abaixo da camada de óxido, enquanto repele buracos na região P. À medida que o VGS aumenta, a intensidade do campo elétrico aumenta e a concentração de elétrons livres atraídos aumenta. Quando o VGS atinge uma certa tensão limite (VT), a concentração de elétrons livres reunidos na região é grande o suficiente para formar uma nova região do tipo N (canal N), que atua como uma ponte conectando o dreno e a fonte. Neste ponto, se existir uma certa tensão de acionamento (VDS) entre o dreno e a fonte, a corrente de dreno ID começa a fluir.

III. Formação e mudança de canal condutor

A formação do canal condutor é a chave para o funcionamento do MOSFET. Quando VGS é maior que VT, o canal condutor é estabelecido e o ID da corrente de dreno é afetado por VGS e VDS. VGS afeta o ID controlando a largura e o formato do canal condutor, enquanto o VDS afeta o ID diretamente como a tensão de acionamento. é importante observar que se o canal condutor não for estabelecido (isto é, VGS é menor que VT), mesmo que VDS esteja presente, o ID da corrente de dreno não aparece.

4. Características dos MOSFETs

Alta impedância de entrada:A impedância de entrada do MOSFET é muito alta, próxima do infinito, porque existe uma camada isolante entre a porta e a região fonte-dreno e apenas uma corrente de porta fraca.

Baixa impedância de saída:MOSFETs são dispositivos controlados por tensão nos quais a corrente fonte-dreno pode mudar com a tensão de entrada, portanto sua impedância de saída é pequena.

Fluxo constante:Ao operar na região de saturação, a corrente do MOSFET praticamente não é afetada pelas mudanças na tensão fonte-dreno, proporcionando excelente corrente constante.

Boa estabilidade de temperatura:Os MOSFETs têm uma ampla faixa de temperatura operacional de -55°C a cerca de +150°C.

V. Aplicações e classificações

Os MOSFETs são amplamente utilizados em circuitos digitais, circuitos analógicos, circuitos de potência e outros campos. De acordo com o tipo de operação, os MOSFETs podem ser classificados em tipos de aprimoramento e depleção; de acordo com o tipo de canal condutor, podem ser classificados em canal N e canal P. Esses diferentes tipos de MOSFETs têm suas próprias vantagens em diferentes cenários de aplicação.

Em resumo, o princípio de funcionamento do MOSFET é controlar a formação e mudança do canal condutor através da tensão da fonte da porta, que por sua vez controla o fluxo da corrente de dreno. Sua alta impedância de entrada, baixa impedância de saída, corrente constante e estabilidade de temperatura fazem dos MOSFETs um componente importante em circuitos eletrônicos.