Principio de funcionamiento
Un MOSFET es un interruptor controlado por tensión construido sobre un chip semiconductor con tres terminales: puerta, drenador y surtidor. En un dispositivo de canal N de enriquecimiento la puerta se sitúa sobre una fina capa de óxido encima de un sustrato tipo P. Al aplicar una tensión puerta-surtidor positiva se atraen electrones a la superficie y, superada la tensión umbral, la región se invierte formando un canal N conductor. Sin tensión de puerta el dispositivo está cortado, y eso es precisamente el modo de enriquecimiento.
Regiones de trabajo
Por debajo del umbral el MOSFET está en corte y solo conduce fugas. Justo por encima, con una tensión drenador-surtidor pequeña, se comporta como una resistencia cuyo valor fija la puerta: es la región óhmica o lineal, caracterizada por la resistencia de conducción RDS(on). Si se aumenta la tensión drenador-surtidor más allá de la saturación, el canal se estrangula: la corriente de drenador se vuelve casi independiente de esa tensión y la gobierna solo la puerta, que es la región usada para amplificar.
Ataque de puerta y pérdidas de conmutación
La puerta es un condensador aislado, así que un MOSFET no necesita prácticamente corriente de mando en régimen permanente, pero cargar y descargar esa capacidad sí consume corriente real y determina lo rápido que puede conmutar. Las pérdidas totales tienen dos partes: las de conducción, iguales a la corriente al cuadrado por RDS(on), y las de conmutación durante las transiciones. Atacar la puerta con fuerza y saturar bien el canal mantiene ambas pequeñas, y por eso un MOSFET de conmutación se gobierna muy por encima de su umbral.
Dónde se utiliza
Los MOSFET de potencia conmutan la corriente en casi todos los convertidores modernos: reguladores reductores y elevadores, inversores para motores, amplificadores en clase D, circuitos de protección de baterías y relés de estado sólido. Los MOSFET de pequeña señal forman las puertas lógicas de todo circuito integrado CMOS. Su alta impedancia de entrada, su conmutación rápida y su baja resistencia de conducción los han convertido en el interruptor por defecto por debajo de unos 200 voltios.