Modos de operação do MOSFET
O MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) é um transistor de efeito de campo que usa um campo elétrico para controlar o fluxo de corrente entre o dreno e a fonte. Existem diversos modos de operação do MOSFET, os quais dependem das tensões aplicadas à grade (VGS) e entre o dreno e a fonte (VDS).
Esses modos determinam como o MOSFET pode ser utilizado em diversas aplicações, como amplificadores, interruptores e reguladores de potência. Os principais modos de operação são o modo de corte (cut-off), o modo linear (ou triode), e o modo de saturação (ou modo ativo).
Modo de Corte (Cut-off)
O modo de corte ocorre quando a tensão de porta (VGS) é inferior à tensão de limiar (Vth) do MOSFET. Nesse modo, não ocorre a formação do canal condutor entre o dreno e a fonte, impedindo a passagem de corrente. O MOSFET está efetivamente “desligado” e não conduz corrente. O modo de corte é utilizado quando é necessário interromper a condução em um circuito, mantendo o transistor em um estado de “não-condução”.
No modo de corte, temos a condição VGS < Vth, o que significa que o MOSFET se encontra em um estado de bloqueio total, impedindo a condução de corrente entre o dreno e a fonte. Em sistemas digitais, esse modo é utilizado para representar o estado lógico “0” ou “desligado”.
Modo Linear ou Triode
O modo linear, também chamado de modo triode, ocorre quando a tensão de porta (VGS) é superior à tensão de limiar (Vth) e a tensão entre o dreno e a fonte (VDS) é suficientemente baixa, ou seja, VDS < (VGS – Vth). Nesse modo, o MOSFET se comporta como uma resistência controlada pela tensão da porta, e a corrente que flui através do dreno é proporcional à tensão aplicada entre o dreno e a fonte.
Esse modo é usado em aplicações onde o MOSFET é empregado como amplificador ou em circuitos de modulação, onde o controle da corrente é importante. A característica do modo linear é que a corrente de dreno (ID) aumenta de forma linear com a tensão VDS, similar ao comportamento de uma resistência variável. O MOSFET em modo linear é frequentemente utilizado em circuitos de controle de potência e amplificação de sinais analógicos.
Modo de Saturação ou Modo Ativo
O modo de saturação, também chamado de modo ativo, ocorre quando a tensão de porta (VGS) é superior à tensão de limiar (Vth) e a tensão entre o dreno e a fonte (VDS) é maior do que (VGS – Vth). Nesse modo, o MOSFET está totalmente “ligado”, e a corrente de dreno é controlada principalmente pela tensão na porta (VGS) e se torna praticamente independente da tensão entre o dreno e a fonte (VDS), desde que VDS seja suficiente para manter o transistor na região de saturação.
No modo de saturação, o MOSFET é utilizado como amplificador, onde pode fornecer ganho de corrente a partir de pequenas variações na tensão da porta. Esse é o modo de operação preferido em circuitos de amplificação, como amplificadores de sinais de rádio e áudio, bem como em sistemas de comutação digital, onde o MOSFET atua como interruptor de alta velocidade. O comportamento em modo de saturação é desejável para operações de amplificação de sinais de forma linear, sem perdas significativas.
Modo de Regulação ou Zona de Corrente Constante
Em algumas aplicações, o MOSFET pode ser utilizado para manter uma corrente constante através do dreno, independentemente da variação de VDS. Esse modo é comum em reguladores de corrente e em circuitos de gerenciamento de energia, onde a precisão do controle de corrente é crítica. O MOSFET nesse modo funciona geralmente na região de saturação, mantendo o corrente constante e ajustando a tensão VDS conforme necessário.
Modo de Comutação
O MOSFET também pode ser usado em modo de comutação, onde atua como um interruptor. Nesse modo, o MOSFET pode alternar rapidamente entre um estado de “condução” (ligado) e um estado de “não-condução” (desligado). Esse modo é fundamental em muitas aplicações de comutação rápida, como fontes de alimentação comutadas e circuitos lógicos digitais.
Em sistemas digitais, o MOSFET é frequentemente usado para implementar portas lógicas e registros, nos quais a troca rápida entre estados de condução e não-condução é essencial. O MOSFET em modo de comutação pode operar com alta velocidade e baixa dissipação de energia, tornando-o ideal para circuitos digitais de alta performance.
Os modos de operação do MOSFET, incluindo o modo de corte, o modo linear e o modo de saturação, são fundamentais para o seu desempenho em diversas aplicações eletrônicas. A capacidade do MOSFET de atuar como amplificador ou interruptor, dependendo das tensões aplicadas à sua porta e ao dreno, o torna um componente versátil em sistemas de comutação rápida, amplificação de sinais e controle de potência. Sua eficiência e características, como a baixa dissipação de energia e alta velocidade de comutação, fazem do MOSFET uma escolha popular em circuitos de alta performance e sistemas eletrônicos modernos.