Transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor | es un componente electrónico que actúa como un interruptor controlado eléctricamente

Operación

Hay cuatro tipos comunes de MOSFET:

MOSFET de canal N en modo de mejora

El interruptor entre la "fuente" y el "drenaje" suele estar apagado. Puede encender el interruptor aplicando un voltaje positivo a la "compuerta", para que tenga un voltaje más alto que la "fuente".

MOSFET de canal P en modo de mejora

El interruptor entre la "fuente" y el "drenaje" suele estar apagado. Puede encender el interruptor aplicando un voltaje negativo a la "compuerta", para que tenga un voltaje menor que el de la "fuente".

MOSFET de canal N en modo de agotamiento

El interruptor entre la "fuente" y el "drenaje" suele estar encendido. Puede apagar el interruptor aplicando un voltaje negativo a la "puerta", para que tenga un voltaje más bajo que la "fuente".

MOSFET de canal P en modo de agotamiento

El interruptor entre la "fuente" y el "drenaje" suele estar encendido. Puede apagar el interruptor aplicando un voltaje positivo a la "puerta", para que tenga un voltaje más alto que la "fuente".

Los MOSFET de canal P en modo de agotamiento no suelen estar disponibles.

Resumen

Tipo MOSFET	Normalmente	Para cambiar, aplique la tensión ____ a la "puerta"
Modo de mejora Canal-N	Off	Positivo
Modo de mejora Canal P	Off	Negativo
Modo de agotamiento de canal N	En	Negativo
Modo de agotamiento Canal P	En	Positivo

 

Diferencias entre los MOSFET

Circuitos integrados

Un pequeño trozo de silicio puede tener millones de MOSFETs creados en él. Esto constituye un circuito integrado. Consulte el artículo sobre los circuitos integrados para obtener más detalles.

El resto de esta sección trata de los MOSFETs simples con tres conexiones.

Calor

Si el MOSFET está parcialmente encendido, reducirá la potencia que pasa por él. Lo hace convirtiendo parte de la potencia en calor. Incluso si está encendido, seguirá convirtiendo parte de la potencia en calor.

El MOSFET tiene una resistencia. Cuando la corriente fluye del drenaje del MOSFET a su fuente, habrá una caída de tensión. Multiplique esa corriente y esa tensión para obtener la pérdida de potencia. Esa potencia perdida se convierte en calor.

El MOSFET debe deshacerse de ese calor, normalmente pasándolo al aire.

Los MOSFET más pequeños se calientan y calientan el aire cercano. Algunos MOSFET deben estar en una placa de circuito, que tiene una superficie mayor para calentar más aire. Los MOSFET de mayor potencia deben estar sobre un disipador. El disipador es una gran pieza de metal con aletas para transferir el calor al aire en una gran superficie. También pueden necesitar un ventilador para empujar mucho aire sobre el disipador.

Otras diferencias entre los MOSFET

Hay muchos MOSFET diferentes disponibles. A la hora de elegir un MOSFET, una vez que haya decidido entre los 4 tipos principales, hay muchas otras cosas en las que pensar. Las diferencias entre los MOSFETs incluyen:

• V_GSS - La tensión permitida entre la puerta y la fuente. Si aplica una tensión demasiado grande, el MOSFET se romperá.
• V_DSS - La tensión permitida entre el drenaje y la fuente. Si aplica una tensión demasiado grande, el MOSFET se romperá.
• I_D - La corriente permitida entre el drenaje y la fuente. Si intenta alimentar una carga grande, como un motor, entonces necesita un MOSFET diseñado para altas corrientes.
• VGS_(TH) ("Tensión de umbral") - Es la tensión aproximada que hay que aplicar a la "puerta" para que conmute. El grado de "encendido" del MOSFET depende de la tensión exacta en la "puerta", la temperatura y la tensión en el "drenaje". La hoja de datos del MOSFET tendrá detalles.
• RDS_(ON) - Cuando el MOSFET está totalmente "encendido", actuará como una resistencia con este valor. Un valor más alto significa que, cuando el MOSFET está totalmente "encendido", hay más energía desperdiciada y más calor. Más pequeño es mejor.
• P_D - La mayor cantidad de calor que el MOSFET puede emitir cada segundo sin romperse. (La "disipación de potencia"). Si hace que el MOSFET emita calor más rápido que esto, entonces el MOSFET se sobrecalentará y se romperá.
• R_θJA - Cómo de malo es el MOSFET para transferir ese calor al aire. Los números más bajos son mejores. En el caso de los MOSFET que utilizan un disipador, dirán lo malos que son transfiriendo el calor al disipador.
• T_J - La temperatura de trabajo de la parte del MOSFET que genera el calor. Si la hace subir por encima del límite, el MOSFET se romperá.
• t_D(ON) y tD_(OFF) - El tiempo que tarda en encenderse y apagarse el MOSFET. Los MOSFET más pequeños, de bajo voltaje y baja corriente, pueden ser lo suficientemente rápidos para utilizarlos en los ordenadores más rápidos. Los MOSFET más grandes y de mayor potencia, suelen ser más lentos.
• La electricidad estática puede romper un MOSFET. Algunos MOSFET incluyen protección contra la electricidad estática.
• Algunas piezas incluyen varios MOSFET en un solo dispositivo. Esto puede ser más pequeño que tener MOSFETs separados. También puede ser más barato fabricar una placa de circuito electrónico con menos piezas.

 

Teoría

Hay muchas formas diferentes de fabricar MOSFETs en el semiconductor. El método más sencillo se muestra en el diagrama de la derecha de este texto. La parte azul representa el silicio de tipo P, mientras que la parte roja representa el silicio de tipo N. La intersección de los dos tipos constituye un diodo. En el semiconductor de silicio existe una peculiaridad llamada "región de agotamiento". En el silicio dopado, con una parte de tipo N dopada y otra de tipo P dopada, se formará naturalmente una región de agotamiento en la intersección entre ambas. Esto se debe a sus aceptores y donantes. El silicio de tipo P tiene aceptores, también conocidos como agujeros, que atraen a los electrones hacia ellos. El silicio de tipo N tiene donantes, o electrones, que son atraídos por los huecos. En la frontera entre ambos, los electrones del tipo N llenan los huecos del tipo P. Esto hace que los átomos aceptores, o de tipo P, se carguen negativamente, y como las cargas negativas atraen a las positivas, los aceptores, o huecos, fluirán hacia la "unión". En el lado del tipo N, hay una carga positiva, lo que hace que los donantes, o electrones, fluyan hacia la "unión". Cuando lleguen allí, serán repelidos por la carga negativa del otro lado de la unión, ya que las cargas iguales se repelen. Lo mismo ocurrirá en el lado de tipo P, los donantes, o agujeros, serán repelidos por la zona positiva del lado de tipo N. No puede fluir electricidad entre los dos, ya que ningún electrón puede pasar al otro lado.

Los MOSFET utilizan esto en su beneficio. El "Cuerpo" del MOSFET se alimenta negativamente, lo que amplía la región de agotamiento, ya que los huecos se llenan con los nuevos electrones, por lo que la fuerza opuesta a los electrones en el lado N se hace mucho mayor. La "Fuente" del MOSFET está alimentada negativamente, lo que reduce la zona de agotamiento en el tipo N por completo, ya que hay suficientes electrones para llenar la zona de agotamiento positiva. El "Drenaje" tiene una alimentación positiva. Cuando la "Puerta" recibe una potencia positiva, hará un pequeño campo electromagnético, que eliminará la zona de agotamiento directamente debajo de la puerta, ya que habrá un "spray" de agujeros, que hará algo llamado "Canal N". El canal N es una región temporal de la zona de silicio de tipo P en la que no hay zona de agotamiento. El campo eléctrico positivo neutralizará todos los electrones sobrantes que componen la zona de agotamiento. Los electrones de la zona de la fuente tendrán entonces una vía libre para pasar al "Drenaje", lo que hará que la electricidad fluya de la fuente al drenaje.

 
Diagrama de un MOSFET simple