Princípio de funcionamento
Um MOSFET é uma chave controlada por tensão construída em uma pastilha semicondutora com três terminais: porta, dreno e fonte. Num dispositivo canal N de enriquecimento, a porta fica sobre uma fina camada de óxido acima de um corpo tipo P. Aplicar uma tensão porta-fonte positiva atrai elétrons para a superfície e, uma vez ultrapassada a tensão de limiar, inverte a região formando um canal N condutor entre dreno e fonte. Sem tensão de porta o dispositivo está desligado — é exatamente isso que significa modo enriquecimento.
Regiões de operação
Abaixo da tensão de limiar o MOSFET está em corte e conduz apenas fuga. Logo acima do limiar, com pequena tensão dreno-fonte, ele se comporta como um resistor cujo valor é definido pela porta — a região ôhmica ou linear, caracterizada pela resistência de condução RDS(on). Elevando a tensão dreno-fonte além da saturação, o canal se estrangula: a corrente de dreno torna-se quase independente dessa tensão e passa a ser controlada só pela porta, região usada para amplificação.
Acionamento de porta e perdas de chaveamento
A porta é um capacitor isolado, então o MOSFET praticamente não exige corrente de acionamento em regime permanente — mas carregar e descarregar essa capacitância consome corrente real, e é isso que determina a velocidade de chaveamento. As perdas totais têm duas parcelas: condução, igual à corrente de dreno ao quadrado vezes RDS(on), e chaveamento, durante as transições. Acionar a porta com força e enriquecer bem o canal mantém ambas pequenas, e por isso um MOSFET de chaveamento é acionado bem acima do limiar.
Onde é usado
MOSFETs de potência chaveiam a corrente em quase todo conversor moderno: reguladores buck e boost, inversores de acionamento de motores, amplificadores classe D, circuitos de proteção de bateria e relés de estado sólido. MOSFETs de pequeno sinal formam as portas lógicas dentro de todo circuito integrado CMOS. Alta impedância de entrada, chaveamento rápido e baixa resistência de condução em tensões moderadas os tornaram a chave de potência padrão abaixo de cerca de 200 volts.