Principio di funzionamento
Un MOSFET è un interruttore comandato in tensione realizzato su un chip semiconduttore con tre terminali: gate, drain e source. In un dispositivo a canale N ad arricchimento il gate poggia su un sottile strato di ossido sopra un corpo di tipo P. Applicando una tensione gate-source positiva si richiamano elettroni in superficie e, superata la tensione di soglia, la regione si inverte formando un canale N conduttivo fra drain e source. Senza tensione di gate il dispositivo è interdetto: è esattamente ciò che significa modo ad arricchimento.
Regioni di funzionamento
Sotto la tensione di soglia il MOSFET è in interdizione e conduce solo la corrente di perdita. Appena sopra soglia, con piccola tensione drain-source, si comporta come un resistore il cui valore è fissato dal gate: è la regione ohmica o lineare, caratterizzata dalla resistenza di conduzione RDS(on). Alzando la tensione drain-source oltre il punto di saturazione il canale si strozza: la corrente di drain diventa quasi indipendente da quella tensione ed è governata solo dal gate, ed è la regione usata per amplificare.
Pilotaggio del gate e perdite di commutazione
Il gate è un condensatore isolato, perciò a regime un MOSFET non richiede praticamente corrente di comando; caricare e scaricare quella capacità, però, assorbe corrente reale ed è ciò che determina la rapidità di commutazione. Le perdite totali hanno due componenti: la conduzione, pari alla corrente di drain al quadrato per RDS(on), e la commutazione, durante le transizioni. Pilotare il gate con decisione e arricchire pienamente il canale mantiene entrambe piccole, ed è per questo che un MOSFET di commutazione si pilota ben oltre la soglia.
Dove si usa
I MOSFET di potenza commutano la corrente in quasi ogni convertitore moderno: regolatori buck e boost, inverter per motori, amplificatori in classe D, circuiti di protezione delle batterie e relè a stato solido. I MOSFET di piccolo segnale formano le porte logiche dentro ogni circuito integrato CMOS. Elevata impedenza d'ingresso, commutazione rapida e bassa resistenza di conduzione alle tensioni medie li hanno resi l'interruttore di potenza predefinito sotto i 200 volt circa.