¿Qué es un transistor NMOS?
Un transistor NMOS es un tipo de transistor de efecto de campo (FET) que funciona utilizando polaridad negativa.
Estructura NMOS
Se compone de tres regiones: la fuente, el drenaje y la puerta. La fuente es donde entra la corriente, el drenaje es donde sale y la puerta controla el flujo de corriente. Cuando se aplica voltaje a la puerta, se crea un campo eléctrico que influye en el comportamiento de los electrones en el canal entre la fuente y el drenaje. Esto puede aumentar o disminuir el flujo de corriente a través del transistor.
¿Cómo funciona NMOS?
El NMOS funciona controlando el flujo de corriente a través de un canal conductor entre los terminales de fuente y drenaje mediante la aplicación de un campo eléctrico a un electrodo de puerta, que está separado del canal por una fina capa aislante.
Cuando el voltaje entre la puerta y la fuente (vGS) es cero, e incluso si se aplica el voltaje entre el drenaje y la fuente (vDS), las uniones PN entre la fuente y el drenaje de un transistor NMOS se polarizan en sentido inverso, y la región de agotamiento entre ellas se vuelve demasiado ancha para soportar el flujo de corriente. Por lo tanto, la corriente entre el drenaje y la fuente (iD) es insignificante.
Sin embargo, cuando vGS es positivo, se genera un campo eléctrico en la capa aislante de SiO2 entre la puerta y el sustrato. Este campo atrae electrones y repele huecos del sustrato cerca de la puerta, creando una región de agotamiento. Cuando aumenta la magnitud de vGS, se atraen más electrones a la superficie del sustrato, formando un canal de tipo N que conecta los terminales de fuente y drenaje. El canal es entonces capaz de soportar el flujo de corriente entre los terminales de fuente y drenaje.
El voltaje al que el canal comienza a formarse se denomina voltaje umbral (VT). Un transistor NMOS se considera un transistor de modo de mejora porque requiere que vGS sea mayor que VT para crear un canal conductor.
El voltaje de drenaje a fuente (vDS) afecta a la corriente que fluye a través del canal. A medida que aumenta vDS, el grosor del canal cerca del drenaje disminuye y la corriente aumenta. Sin embargo, cuando vDS alcanza un valor igual a vGS menos VT, el canal se estrecha hasta el punto en que la corriente ya no aumenta y el transistor entra en modo de saturación.
En resumen, un transistor NMOS funciona creando un canal conductor entre los terminales de fuente y drenaje cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta, lo que permite que la corriente fluya entre los terminales de fuente y drenaje. La corriente se controla mediante el voltaje aplicado a los terminales de puerta y drenaje.
NMOS frente a PMOS
NMOS y PMOS son ambos semiconductores de óxido metálico, pero hay algunas diferencias entre ellos:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS de encendido (modo de enriquecimiento) | Puerta positiva respecto a la fuente | Puerta negativa respecto a la fuente |
| Tipo de canal | Canal n | Canal p |
| Portadores del canal | Electrones | Huecos |
| VGS(th) (modo de enriquecimiento) | Positiva; especificada a una corriente de prueba pequeña | Negativa; especificada a una corriente de prueba pequeña |
| Velocidad de conmutación | Depende de carga de puerta, controlador y carga | Depende de carga de puerta, controlador y carga |
| Coste | Comparar el dispositivo elegido y el controlador necesario | Comparar el dispositivo elegido y el controlador necesario |
| Pérdidas de potencia | Dependen de RDS(on), corriente y condiciones de conmutación | Dependen de RDS(on), corriente y condiciones de conmutación |
| Ejemplos de uso | Interruptores de lado bajo, etapas de potencia y circuitos lógicos/analógicos | Interruptores de carga de lado alto y circuitos lógicos/analógicos complementarios |
Aplicación de NMOS
Los transistores NMOS se utilizan habitualmente en circuitos digitales como interruptores o amplificadores. También se pueden encontrar en microprocesadores, chips de memoria y otros dispositivos electrónicos.
Seleccionar y comprobar un interruptor NMOS
Elegir transistor y controlador de puerta según alimentación, corriente de carga, frecuencia de conmutación y límites térmicos.
Control de puerta, trayectoria de corriente y temperatura
| Área | Qué comprobar | Por qué importa |
|---|---|---|
| Control de puerta | Comprobar RDS(on) a la VGS disponible, carga de puerta y corriente del controlador | VGS(th) indica un umbral a baja corriente, no garantiza baja resistencia de conducción |
| Trayectoria de corriente | Revisar referencia de fuente, sentido del diodo intrínseco, corriente de carga y limitación de transitorios | El diodo intrínseco puede conducir con la puerta desactivada |
| Diseño térmico | Estimar pérdidas de conducción y conmutación; comprobar SOA, temperatura de unión y disipación | La corriente admisible depende del régimen de trabajo y diseño térmico |
