M2 Transistor de Efecto de Campo (MOSFET)

Tópico

El voltaje de compuerta controla el funcionamiento de este transistor de efecto de campo al modificar eléctricamente el canal que conecta el drenaje con la fuente. Mientras el voltaje de compuerta permanece por debajo del voltaje umbral, este canal no adquiere la carga necesaria para conducir de la manera prevista por este modelo. Cuando el voltaje de compuerta supera el voltaje umbral, hace que aumente la carga del canal, y un aumento adicional del voltaje de compuerta por encima de este umbral hace que esta carga del canal aumente. De este modo, el voltaje umbral establece la condición a partir de la cual la compuerta puede controlar eficazmente la conducción entre drenaje y fuente.

La carga del canal que genera este voltaje de compuerta depende también de la capacitancia de óxido por unidad de área, que determina la magnitud del control electrostático que ejerce la compuerta sobre el canal. Una capacitancia de óxido por unidad de área mayor hace que un mismo exceso del voltaje de compuerta sobre el voltaje umbral produzca una carga del canal mayor, mientras que una capacitancia de óxido por unidad de área menor hace que produzca una carga del canal menor. Así, la capacitancia de óxido por unidad de área condiciona cuánto cambia la carga del canal cuando cambia el voltaje de compuerta.

Esta carga del canal controla a su vez la corriente de drenaje que circula entre drenaje y fuente. Cuando la carga del canal aumenta, aumenta la capacidad del canal para transportar esta corriente de drenaje, aunque la respuesta depende del régimen de funcionamiento del transistor. En el régimen triodo, el canal mantiene conducción a lo largo de su extensión y la corriente de drenaje responde al control de la compuerta y a la diferencia eléctrica entre drenaje y fuente. Al aumentar suficientemente esta diferencia, el transistor pasa al régimen de saturación, en el cual el comportamiento de la corriente de drenaje deja de seguir el mismo crecimiento del régimen triodo. Por ello, la carga del canal generada por la compuerta y el régimen de funcionamiento determinan conjuntamente la corriente de drenaje.

Este control de la corriente de drenaje mediante el voltaje de compuerta constituye la función del transistor de efecto de campo descrito por este modelo de canal largo. La capacitancia de óxido por unidad de área determina la intensidad con que el voltaje de compuerta modifica la carga del canal, el voltaje umbral determina cuándo comienza ese control efectivo y la carga del canal determina cuánto puede conducir el transistor en los regímenes triodo y saturación. El modelo permite así representar cómo una acción eléctrica sobre la compuerta controla la conducción entre drenaje y fuente en un transistor de efecto de campo de canal largo; cuando la longitud del canal deja de ser suficientemente grande, aparecen efectos de canal corto que requieren una corrección mediante otro modelo, mientras que la sensibilidad de la corriente de drenaje al control de compuerta puede caracterizarse mediante la transconductancia.

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