Dispositivos
Punto de operación estacionario
Los transistores se emplean usualmente en un circuito en el cual existe una red de polarización, es decir, un conjunto de resistencias y fuentes de alimentación que determinan en qué régimen de operación va a trabajar el transistor (por ejemplo, en el caso de un MOSFET, triodo, saturación o corte).
El punto concreto en el que trabaja el transistor se denomina punto de operación estacionario, y en el caso del MOSFET viene determinado por el valor de la corriente de drenador \( I_D \) y del voltaje drenador-fuente, \(V_{DS}\).
Para calcular el punto de operación estacionario o P.O.E. (también llamado a veces punto quiescente o punto Q) debemos determinar primero la recta de carga, que es el conjunto de todos los posibles punto de operación del transistor para una red de polarización dada.
Vamos a considerar el caso de un transistor MOSFET polarizado en fuente común (con su fuente directamente conectada a tierra), como se muestra en la imagen.
En el circuito disponemos de dos fuentes de alimentación, \(V_{GG}\) y \(V_{DD}\), y una resistencia de drenador, \(R_D\). Si consideramos la malla del circuito formada por \(V_{DD}\), \(R_D\) y el transistor, deberá cumplirse que: $$V_{DD} = I_D \cdot R_D + V_{DS}$$ O bien, si se quiere: $$I_D = \frac{V_{DD}}{R_D} - \frac{V_{DS}}{R_D}$$ La representación gráfica de esta última ecuación (tomando \(V_{DS}\) como la variable independiente y \(I_D\) como la variable dependiente) es una recta con pendiente negativa, que corta al eje de abscisas en \(V_{DSmax} = V_{DD}\) y al eje de ordenadas en \(I_{Dmax} = \frac{V_{DD}}{R_D}\). Esta recta es la recta de carga.
Conocida la recta de carga, el punto de operación estacionario estará determinado por el punto de corte de la recta de carga y de la característica de salida del transistor correspondiente al valor de \(V_{GS}\) aplicado (que en este caso coincidirá con \(V_{GG}\)). Entre los factores que influyen en el valor del P.O.E. en este circuito están el valor de la resistencia de drenador \(R_D\), la fuente de alimentación \(V_{DD}\) y parámetros propios del transistor (voltaje umbral \(V_T\) o factor de transconductancia \(K\). Sin embargo, vamos a emplear usualmente para controlar el P.O.E. (una vez fijados los valores de \(R_D\), \(V_{DD}\) y elegido el modelo concreto de transistor) la diferencia de potencial entre puerta y fuente, es decir \(V_{GS}\) (que para este circuito, como señalábamos, coincide con el valor de \(V_{GG}\)).
En el gráfico interactivo puede calcularse el P.O.E. del transistor en este circuito. Utilizando los controles puede variarse el valor de las fuentes de alimentación, la resistencia de drenador y los parámetros del transistor (factor de transconductancia \(K\) y voltaje umbral \(V_T\)) para comprobar su efecto en la elección del P.O.E.