MOSFETs. Un paso más allá.
El mosfet de enriquecimiento ha revolucionado la industria de la informática al crear máquinas más precisas, más rápidas y de mayor capacidad de procesamiento. Esto ha sido posible al usar MOSFET cuya tensión umbral de puerta de valores casí nulos, lo que ocasiona que la conducción del dispositivo sea casi instantánea.
Conmutación digital.
La palabra analógico significa "continuo", como una onda sinusoidal. Al referirme con palabras a señal analógica estoy diciendo que una señal es continua aunque experimente variaciones en el tiempo durante su desarrollo.
Si a la señal anterior le quitamos los cambios Senα y Cosα obtendremos los valores eficaces de la señal analogica que indican los valores en los que la señal es máxima positiva o negativa. Si tenemos en cuenta los valores de la señal analógica en donde solo se positiva o negativa máximos, obtendremos una señal digital y es la señal que manejan los ordenadores.
La señal digital es una señal que salta entre dos valores distintos de tensión en un instante de tiempo, por lo que se puede aplicar a una puerta de un MOSFET para que se produzca la conducción o el corte según el nivel energético del pulso.
Inversores.
Teniendo en cuenta que segun la entrada de la puerta del MOSFET, la salida (o el canal), estará abierto o cerrado. Con esto podemos diferenciar segun el estado de la puerta:
Inversores con carga activa.Cuando me refiero a carga pasiva, estoy haciendo referencia a una resistencia normal como la mostrada en el siguiente circuito en el que la entrada de la puerta puede ser alta o baja.
Cuando se aplica un pulso cero o negativo a la puerta, el MOSFET está en corte y la tensión de salida Vout es igual a la tensión de alimentación VDD. Cuando cambia el ciclo y Vin está en alto, el MOSFET conduce y Vout cae a un valor pequeño.
Para que el circuito funcione correctamente, la corriente de saturación debe de ser menor que la corriente de circulación mínima cuando se activa la puerta (para tensiones de entrada igual o mayor que VGS(on).
IDsat < IDon
Esto equivale a una resistencia en la zona óhmica que tiene que ser mucho menor que la resistencia pasiva de drenador.
El circuito representado anteriormente es el circuito mas sencillo de construir. Se denomina inversor porque la tensión de salida es de nivel opuesto a la entrada. Cuando la tensión de entrada es nivel bajo, la tensión de salida es de nivel alto y viceversa.
Inversor con carga activa.En el mundo digital, una resistencia física como la del circuito anterior ocupa un espacio que es imprescindible, incluso mayor que el propio MOSFET de montaje superficial. Por eso se inventó las resistencias de cargas activas.
Como puedes ver el circuito anterior utiliza otro MOSFET como carga del primero. El MOSFET inferior actúa como conmutador, pero el MOSFET superior actúa como una resistencia de valor elevado. Además como tiene su puerta conectada al drenador, se convierte en un MOSFET de dos terminales con una resistencia activa de valor:
RD = VD(activa) ÷ ID(activa)Para que trabaje de forma correcta, la RD del MOSFET superior debe de ser grande comparada con la RDS(on) del MOSFET inferior (divisor de tensión de cargas).
En la anterior gráfica puedes ver como se calcula la RD del MOSFET superior. Cada punto de trabajo de este MOSFET debe de estar en la curva de sor terminales. Si se comprueba que cada punto de la curva de dos terminales, se verá que V
Como el MOSFET inferior tiene una resistencia de activación de:
RDS(on) = 2V ÷ 3mA = 667Ω
Se puede ver que el valor de la resistencia del MOSFET superior es muy mayor al de la resistencia del MOSFET inferior, por lo que el sistema conmutará correctamente y producirá una tensión inversa a la de la entrada del sistema.
Las resistencias activas son necesarias para los circuitos integrados digitales porque es muy importante el tamaño de dicho componente para aumentar la potencia del ordenador al poder incluir más dispositivos en un espacio más reducido.
Como diseñadores, nos aseguraremos que el valor de la RD del MOSFET sea muy superior en comparación con la RD(ON) del MOSFET inferior. En esta condición el circuito actuará como resistencia en serie con un interruptor. Como consecuencia, la tensión de salida solo puede ser alta o baja.