Curve Caratteristiche di un MOSFET

 

 

Le curve tensione-corrente di un MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) rappresentano il comportamento elettrico del dispositivo in funzione della tensione applicata ai suoi terminali. Queste curve hanno un significato fisico e tecnologico fondamentale per comprendere il funzionamento e le applicazioni del MOSFET nei circuiti elettronici.

Ecco una spiegazione dettagliata:

1. Struttura del MOSFET

Un MOSFET ha tre terminali principali:

• Gate (G): controlla il flusso di corrente.
• Drain (D): dove la corrente esce.
• Source (S): dove la corrente entra.

La tensione tra Gate e Source ($V_{GS}$) controlla la corrente tra Drain e Source ($I_D$).

2. Curve Caratteristiche: $I_D$ vs $V_{DS}$

Queste curve mostrano come varia la corrente di drain ($I_D$) in funzione della tensione drain-source ($V_{DS}$), per diversi valori di tensione gate-source ($V_{GS}$).

Le tre regioni operative:

 

1. Regione di Cut-off:

   • $V_{GS} < V_{th}$ (tensione di soglia)
   • Il MOSFET è spento, $I_D \approx 0$

2. Regione Lineare (o Ohmica):

   • $V_{GS} > V_{th}$ e $V_{DS} < V_{GS} - V_{th}$
   • Il MOSFET si comporta come una resistenza controllata dal gate
   • $I_D$ cresce linearmente con $V_{DS}$

3. Regione di Saturazione:

   • $V_{DS} \geq V_{GS} - V_{th}$
   • Il MOSFET è acceso e $I_D$ è quasi costante
   • Utilizzata per amplificatori e commutazione

3. Significato Tecnologico

 

• Controllo digitale: nei circuiti logici, il MOSFET agisce come un interruttore controllato dalla tensione del gate.
• Amplificazione: nella regione di saturazione, il MOSFET può amplificare segnali analogici.
• Efficienza energetica: la capacità di controllare grandi correnti con piccole tensioni lo rende ideale per dispositivi a basso consumo.

4. Curve $I_D$ vs $V_{GS}$

Queste curve mostrano come varia la corrente di drain in funzione della tensione gate-source, per un valore fisso di $V_{DS}$.

 

• Al di sotto di $V_{th}$: il MOSFET è spento.
• Sopra $V_{th}$: la corrente aumenta quadraticamente (in saturazione).

 

 

Cosa mostra il grafico:

• Le curve colorate rappresentano la corrente di drain ($I_D$) in funzione della tensione drain-source ($V_{DS}$) per diversi valori di $V_{GS}$.
• Le rette tratteggiate sono le rette di carico per $V_{GS} = 2.0$ V e $2.5$ V, calcolate come $I_D = (VDD - V_{DS}) / R_D$.
• Il punto di intersezione tra ogni curva e la retta di carico rappresenta il punto di lavoro del MOSFET nel circuito.

⚙️ Parametri del circuito simulato:

• Alimentazione: $V_{DD} = 5$ V
• Resistenza di drain: $R_D = 1,k\Omega$
• Tensione di soglia del MOSFET: $V_{th} = 1.5$ V
• Fattore di transconduttanza: $k = 1,mA/V^2$

📌 Interpretazione:

 

• Per $V_{GS} < V_{th}$ (es. 1.5 V), il MOSFET è spento.
• Per $V_{GS} > V_{th}$, il MOSFET entra nella regione attiva, e il punto di lavoro dipende dalla retta di carico.
• Questo tipo di analisi è fondamentale per progettare amplificatori, interruttori digitali, e regolatori di tensione.

• VDD (5V): alimentazione del circuito.
• RD (1kΩ): resistenza di drain.
• MOSFET N-channel: controllato dalla tensione di gate ($V_{GS}$).
• Gate: riceve una tensione variabile per controllare il MOSFET.
• Source: collegato a massa (GND).

 

• Drain: collegato a RD e poi a VDD.