Este artículo: Ecuación Corriente MOSFET | Uso y Cálculo analiza una de las fórmulas más importantes de la física. Descubre con nosotros las leyes principales de esta fórmula.
Introducción a la Ecuación Corriente MOSFET
Los transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor, más conocidos como MOSFET (por sus siglas en inglés, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), son componentes electrónicos críticos en el mundo de la electrónica moderna. Funcionan como interruptores o amplificadores en diversos circuitos, desde ordenadores hasta sistemas de comunicación. El entendimiento de la ecuación corriente MOSFET es fundamental para el diseño y análisis de circuitos que utilizan estos dispositivos. En este artículo, exploraremos cómo se utiliza y se calcula la ecuación corriente en los transistores MOSFET.
Operación Básica del Transistor MOSFET
Antes de sumergirnos en la ecuación de la corriente de un MOSFET, es esencial comprender los modos básicos de operación de este dispositivo. El transistor MOSFET puede operar en tres regiones diferentes:
1. Corte: En este modo, el transistor no conduce corriente debido a que el voltaje aplicado es insuficiente para formar un canal conductor entre los terminales de drenador y fuente.
2. Triodo o Región Óhmica: En esta región, el MOSFET comporta como un resistor variable. El canal se forma y la corriente entre drenador y fuente es proporcional a la diferencia de voltaje entre ellos.
3. Saturación: También conocida como región activa, donde el dispositivo actúa como una fuente de corriente casi constante, independiente del voltaje de drenador, siempre y cuando se mantenga un voltaje de compuerta-fuente suficiente.
La Ecuación Corriente MOSFET (ID)
La ecuación de la corriente en los MOSFET varía según la región de operación en la que se encuentre. Es fundamental conocer y aplicar la ecuación correcta para cada una de las regiones de funcionamiento.
Región de Triodo
En la región de triodo o región lineal, la corriente de drenador \( I_D \) se expresa mediante la siguiente ecuación:
\[ I_D = \mu_n C_{ox} \frac{W}{L} \left((V_{GS} – V_{TH})V_{DS} – \frac{V_{DS}^2}{2}\right) \]
Donde:
– \( \mu_n \) es la movilidad de los portadores de carga.
– \( C_{ox} \) es la capacitancia por unidad de área del óxido de la compuerta.
– \( W \) es el ancho del canal del MOSFET.
– \( L \) es la longitud del canal.
– \( V_{GS} \) es el voltaje compuerta-fuente.
– \( V_{TH} \) es el voltaje umbral.
– \( V_{DS} \) es el voltaje drenador-fuente.
Región de Saturación
En la región de saturación, la corriente de drenador se vuelve casi independiente de \( V_{DS} \) y se puede aproximar con la siguiente ecuación:
\[ I_D = \frac{1}{2} \mu_n C_{ox} \frac{W}{L} (V_{GS} – V_{TH})^2 (1 + \lambda V_{DS}) \]
Aquí \( \lambda \) representa el coeficiente de modulación de longitud de canal, que tiene en cuenta el efecto del canal desplegado en la región de saturación. Si este efecto es despreciable, \( \lambda \) es igual a cero, y la ecuación se simplifica a:
\[ I_D = \frac{1}{2} \mu_n C_{ox} \frac{W}{L} (V_{GS} – V_{TH})^2 \]
Cálculo y Aplicación de la Ecuación de Corriente
El uso práctico de la ecuación corriente MOSFET implica varios pasos:
1. Determinar la región de operación: Basado en los voltajes \( V_{GS} \) y \( V_{DS} \) y el voltaje umbral \( V_{TH} \), se debe determinar si el MOSFET está en la región de corte, triodo, o saturación.
2. Identificar los parámetros del dispositivo: Se deben conocer los valores de la movilidad de los portadores de carga (\( \mu_n \)), la capacitancia del óxido (\( C_{ox} \)), el ancho (\( W \)), y la longitud (\( L \)) del canal del MOSFET.
3. Aplicar la ecuación de corriente adecuada: Según la región de operación, se usa la ecuación pertinente para calcular la corriente de drenador \( I_D \).
4. Realizar el cálculo: Introduciendo los valores conocidos en la ecuación seleccionada, se realiza el cálculo de la corriente.
Conclusión
La ecuación corriente MOSFET es un componente crítico en el diseño y análisis de circuitos electrónicos. Su correcta aplicación asegura el funcionamiento eficiente de cualquier circuito que utilice MOSFETs, impactando en la electrónica desde la escala más pequeña de un microchip hasta grandes sistemas de potencia. Comprender y calcular adecuadamente la ecuación corriente del MOSFET es una habilidad indispensable para ingenieros y técnicos en electrónica.
