Dispositivos

Curvas de salida del MOSFET

La corriente que circula por los terminales de un transistor MOSFET va a depender de, fundamentalmente, los parámetros físicos del transistor (movilidad del canal conductor, espesor y tipo de óxido de puerta, anchura y longitud del dispositivo) y por otra parte de los voltajes aplicados en sus terminales de puerta y drenador respecto al aplicado en la fuente. Para determinar la corriente, por tanto, tendremos en cuenta las siguientes magnitudes:

  1. El factor de transconductancia \(K\), que viene dado por \(\frac{\mu C_{ox}}{2}\frac{W}{L}\) siendo \(\mu\) la movilidad de los portadores (electrones o huecos) en el canal, \(C_{ox}\) la capacidad equivalente del óxido por unidad de área (que depende del tipo de material y del espesor del óxido), \(W\) la anchura de la puerta y \(L\) su longitud.
  2. El voltaje umbral del transistor \(V_T\), que depende fundamentalmente del tipo de contacto de la puerta, de las características del óxido y del dopaje del canal conductor.
  3. El voltaje aplicado en la puerta, \(V_{GS}\) (diferencia de potencial entre el terminal de puerta y el de fuente).
  4. El voltaje aplicado en el drenador, \(V_{DS}\) (diferencia de potencial entre el terminal de drenador y el de fuente).

Dependiendo de los valores de polarización (\(V_{GS}\) y \(V_{DS}\)) el transistor trabajará en la región de corte, en la región de saturación o en la región triodo, y tendrá una corriente de drenador \(I_D\) (que entra hacia el terminal) dependiente de cada caso. Para un MOSFET canal n tendremos que:

  • El transistor estará en corte si \(V_{GS} < V_T\). En ese caso \(I_D = 0\).
  • El transistor estará en triodo si \(V_{GS}> V_T\) y \(V_{DS} < V_{GS} - V_T\), y la corriente será \(I_D = K(2(V_{GS}-V_T)V_{DS} - V_{DS}^2)\).
  • El transistor estará en saturación si \(V_{GS}> V_T\) y \(V_{DS} > V_{GS} - V_T\), y la corriente será \(I_D = K(V_{GS}-V_T)^2\).

    • Para el caso de un MOSFET canal p, debe tenerse en cuenta, en primer lugar, que la corriente \(I_D\) sale desde el drenador, que el voltaje de drenador tendrá que ser negativo (para atraer a los huecos hacia ese terminal) y que los signos de las desigualdades cambian, es decir:

  • El transistor estará en corte si \(V_{GS} > V_T\).
  • El transistor estará en triodo si \(V_{GS} < V_T\) y \(V_{DS} > V_{GS} - V_T\).
  • El transistor estará en saturación si \(V_{GS} < V_T\) y \(V_{DS} < V_{GS} - V_T\).

    • Las ecuaciones serán las mismas teniendo en cuenta las diferencia en las desigualdades que determinan los regímenes de operación.

    En el gráfico interactivo puede obtenerse la curva \(I_D - V_{DS}\) (llamada característica de salida para un transistor canal n o canal p, viendo el efecto de variar su factor \(K\), su voltaje umbral y el potencial de puerta aplicado. Se muestra también una curva que indica el cambio de régimen (triodo/saturación) y una recta que es la proyección lineal de la corriente a bajo \(V_{DS}\). La zona sombreada en verde corresponde al régimen de triodo, mientras que la zona sombreada en color anaranjado corresponde al régimen de saturación.