- Tipos de MOSFET
- Características y curvas de MOSFET
- Polarización de CC de MOSFET y amplificación de fuente común
- Construcción básica de amplificador de fuente común con un solo MOSFET
MOSFET es básicamente un transistor que usa efecto de campo. MOSFET significa Transistor de efecto de campo de óxido metálico, que tiene una puerta. El voltaje de la puerta determina la conductividad del dispositivo. Dependiendo de este voltaje de puerta podemos cambiar la conductividad y así podemos usarlo como interruptor o como amplificador como usamos Transistor como interruptor o como amplificador.
El transistor de unión bipolar o BJT tiene base, emisor y colector, mientras que un MOSFET tiene conexión de puerta, drenaje y fuente. Aparte de la configuración de pines, BJT necesita corriente para su funcionamiento y MOSFET necesita voltaje.
MOSFET proporciona una impedancia de entrada muy alta y es muy fácil de polarizar. Entonces, para un pequeño amplificador lineal, MOSFET es una excelente opción. La amplificación lineal ocurre cuando sesgamos el MOSFET en la región de saturación, que es un punto Q centralmente fijo.
En la imagen de abajo, se muestra la construcción interna de un MOSFET de canal N básico. El MOSFET tiene tres conexiones: drenaje, compuerta y fuente. No hay una conexión directa presente entre la puerta y el canal. El electrodo de puerta está aislado eléctricamente y, por esta razón, a veces se lo denomina IGFET o transistor de efecto de campo de puerta aislada.
Aquí está la imagen del MOSFET IRF530N muy popular.
Tipos de MOSFET
Según los modos de funcionamiento, hay dos tipos diferentes de MOSFET disponibles. Estos dos tipos tienen además dos subtipos
- Tipo de agotamiento MOSFET o MOSFET con modo de agotamiento
- MOSFET o NMOS de canal N
- MOSFET o PMOS de canal P
- Tipo de mejora MOSFET o MOSFET con modo de mejora
- MOSFET o NMOS de canal N
- MOSFET o PMOS de canal P
Tipo de agotamiento MOSFET
El tipo de agotamiento de MOSFET normalmente está ENCENDIDO a cero voltaje de puerta a fuente. Si el MOSFET es un MOSFET de tipo de agotamiento de canal N, habrá algunos umbrales de voltaje, que se necesitan para apagar el dispositivo. Por ejemplo, un MOSFET de agotamiento de canal N con un voltaje umbral de -3V o -5V, la compuerta del MOSFET debe tirarse en negativo -3V o -5V para apagar el dispositivo. Este voltaje umbral será negativo para el canal N y positivo en el caso del canal P. Este tipo de MOSFET se usa generalmente en circuitos lógicos.
Tipo de mejora MOSFET
En el tipo de mejora de MOSFET, el dispositivo permanece APAGADO con voltaje de puerta cero. Para encender el MOSFET, debemos proporcionar un voltaje mínimo de puerta a fuente (voltaje de umbral Vgs). Pero, la corriente de drenaje depende en gran medida de este voltaje de puerta a fuente, si se aumenta Vgs, la corriente de drenaje también aumenta de la misma manera. Los MOSFET de tipo de mejora son ideales para construir un circuito amplificador. Además, de manera similar al MOSFET de agotamiento, también tiene los subtipos NMOS y PMOS.
Características y curvas de MOSFET
Al proporcionar el voltaje estable entre el drenaje y la fuente, podemos comprender la curva IV de un MOSFET. Como se indicó anteriormente, la corriente de drenaje depende en gran medida del voltaje de puerta a fuente Vgs. Si variamos los Vgs, la corriente de Drenaje también variará.
Veamos la curva IV de un MOSFET.
En la imagen de arriba, podemos ver la pendiente IV de un MOSFET de canal N, la corriente de drenaje es 0 cuando el voltaje Vgs está por debajo del voltaje umbral, durante este tiempo el MOSFET está en modo de corte. Después de eso, cuando el voltaje de puerta a fuente comienza a aumentar, la corriente de drenaje también aumenta.
Veamos un ejemplo práctico de la curva IV del IRF530 MOSFET,
La curva que muestra que cuando el Vgs es de 4,5 V, la corriente de drenaje máxima del IRF530 es de 1 A a 25 grados C. Pero cuando aumentamos el Vgs a 5 V, la corriente de drenaje es de casi 2 A y, finalmente, a 6 V Vgs, puede proporcionar 10 A. de corriente de drenaje.
Polarización de CC de MOSFET y amplificación de fuente común
Bueno, ahora es el momento de usar un MOSFET como amplificador lineal. No es un trabajo difícil si determinamos cómo sesgar el MOSFET y lo usamos en una región de funcionamiento perfecta.
MOSFET funciona en tres modos de operación: Óhmico, Saturación y Punto de pellizco. La región de saturación también se denomina región lineal. Aquí operamos el MOSFET en la región de saturación, proporciona un punto Q perfecto.
Si proporcionamos una pequeña señal (variable en el tiempo) y aplicamos la polarización de CC en la puerta o entrada, entonces, en la situación correcta, el MOSFET proporciona amplificación lineal.
En la imagen de arriba, se aplica una pequeña señal sinusoidal (V gs) a la puerta MOSFET, lo que da como resultado una fluctuación de la corriente de drenaje sincrónica a la entrada sinusoidal aplicada. Para la pequeña señal V gs, podemos trazar una línea recta desde el punto Q que tiene una pendiente de g m = dI d / dVgs.
La pendiente se puede ver en la imagen de arriba. Esta es la pendiente de transconductancia. Es un parámetro importante para el factor de amplificación. En este punto, la amplitud de la corriente de drenaje es
ߡ Id = gm x ߡ Vgs
Ahora, si miramos el esquema dado arriba, la resistencia de drenaje R d puede controlar la corriente de drenaje así como el voltaje de drenaje usando la ecuación
Vds = Vdd - Yo d x Rd (como V = Yo x R)
La señal de salida de CA será ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g m x ߡ Vgs x Rd
Ahora, según las ecuaciones, la ganancia será
Ganancia de voltaje amplificada = -g m x Rd
Por lo tanto, la ganancia general del amplificador MOSFET depende en gran medida de la transconductancia y la resistencia de drenaje.
Construcción básica de amplificador de fuente común con un solo MOSFET
Para hacer un amplificador de fuente común simple usando MOSFET de canal N único, lo importante es lograr la condición de polarización de CC. Para cumplir este propósito, se construye un divisor de voltaje genérico utilizando dos resistencias simples: R1 y R2. También se requieren dos resistencias más como resistencia de drenaje y resistencia de fuente.
Para determinar el valor necesitamos un cálculo paso a paso.
Se proporciona un MOSFET con alta impedancia de entrada, por lo que, en condiciones de funcionamiento, no hay flujo de corriente presente en el terminal de puerta.
Ahora, si miramos en el dispositivo, encontraremos que hay tres resistencias asociadas con VDD (sin las resistencias de polarización). Las tres resistencias son Rd, la resistencia interna del MOSFET y Rs. Entonces, si aplicamos la ley de voltaje de Kirchoff, entonces los voltajes a través de esas tres resistencias son iguales al VDD.
Ahora según la ley de Ohm, si multiplicamos la corriente con resistencia obtendremos tensión como V = I x R. Así pues, aquí la corriente es la corriente de drenaje o I D. Por lo tanto, el voltaje en Rd es V = I D x Rd, lo mismo se aplica a las Rs ya que la corriente es la misma I D, por lo que el voltaje en Rs es Vs = I D x Rs. Para el MOSFET, el voltaje es V DS o voltaje de drenaje a fuente.
Ahora según el KVL, VDD = I D x Rd + V DS + I D x Rs VDD = I D (Rd + Rs) + V DS (Rd + Rs) = V DD - V DS / I D
Podemos evaluarlo más a fondo como
Rd = (V DD - V DS / I D) - R S Rs se pueden calcular como Rs = V S / I D
Los valores de otras dos resistencias se pueden determinar mediante la fórmula V G = V DD (R2 / R1 + R2)
Si no tiene el valor, puede obtenerlo de la fórmula V G = V GS + V S
Afortunadamente, los valores máximos pueden estar disponibles en la hoja de datos del MOSFET. Según la especificación podemos construir el circuito.
Se utilizan dos condensadores de acoplamiento para compensar las frecuencias de corte y bloquear la CC que viene de la entrada o llega a la salida final. Simplemente podemos obtener los valores averiguando la resistencia equivalente del divisor de polarización de CC y luego seleccionando la frecuencia de corte deseada. La fórmula será
C = 1 / 2πf Requisito
Para el diseño de amplificador de alta potencia, previamente construimos un amplificador de potencia de 50 vatios usando dos MOSFET como configuración push-pull, siga el enlace para una aplicación práctica.