Modelo atual·Semicondutores de potência

MOSFET canal N

Veja como a tensão da porta cria um canal condutor e controla a corrente de dreno entre a fonte e o dreno.
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Experimento de característica estática

Curvas características MOSFET

Altere VGS e VDS para mover o ponto operacional e observar o comportamento do canal.

Ponto de operação ao vivoAplique energia para gerar as curvas
Características de saída · ID–VDSCurvas em diferentes tensões de porta
0055101015152020VDS (V)ID (A)Aplique energia para gerar as curvas
Característica de transferência · ID–VGSCorrente de drenagem acima da tensão limite
00531051582010VGS (V)ID (A)Aplique energia para gerar as curvas

O que é um MOSFET canal N de enriquecimento?

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.

Perguntas frequentes

O que é a tensão de limiar de um MOSFET?
A tensão de limiar é a tensão porta-fonte em que começa a se formar um canal condutor entre dreno e fonte. Abaixo dela o MOSFET está em corte, exceto por uma pequena fuga. MOSFETs de potência padrão têm limiares de cerca de 2 a 4 V, mas precisam de cerca de 10 V na porta para conduzir totalmente; os de nível lógico conduzem totalmente com 4,5 V ou menos.
Qual é a diferença entre as regiões linear e de saturação de um MOSFET?
Na região linear (ôhmica), VDS é menor que VGS − Vth e o canal se comporta como um resistor controlado por tensão; chaves operam aqui quando totalmente ligadas. Na saturação, VDS é igual ou maior que VGS − Vth e a corrente de dreno é definida principalmente pela porta, crescendo aproximadamente com o quadrado de VGS − Vth; amplificadores operam aqui. As curvas de saída do simulador mostram as duas regiões.
Por que um MOSFET precisa de um driver de porta?
A porta é um capacitor que precisa ser carregado e descarregado a cada chaveamento. Quanto mais rápido isso acontece, menos tempo o dispositivo passa semiligado, quando as perdas de chaveamento são altas. O pino de um microcontrolador fornece apenas alguns miliamperes; os drivers de porta entregam ampères de pico e a tensão de porta correta para um chaveamento rápido e frio.
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