¿Para qué sirve el siguiente circuito MOSFET?

Considere el circuito BJT equivalente, que puede ser más familiar:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Esto se mantiene siempre que el voltaje de entrada sea > 0.65V, con, por supuesto, alguna variación basada en la temperatura, la corriente de salida, la variación de fabricación, etc. Sin embargo, como primera aproximación, este circuito produce una constante de 0.65V.

El circuito MOSFET no es diferente, pero en lugar de 0,65 V de una unión PN de silicio con polarización directa, obtenemos el voltaje de umbral del MOSFET. Este parámetro varía entre los modelos de MOSFET, pero suele ser de algunos voltios. Si la tensión de salida, que también es la tensión de la compuerta, está por encima de la tensión de umbral, el MOSFET se enciende más, desviando más corriente a tierra, aumentando la corriente a través de la resistencia, reduciendo la tensión de salida / compuerta de manera que se alcanza un equilibrio:

$$ V_ {GS} = V_ {out} \ approx V_ {GS (th)} $$

Este tipo de circuito sería útil como voltaje de referencia, por ejemplo, para implementar un regulador de voltaje, ya que el voltaje de salida no se ve afectado por el voltaje de entrada. Un solo transistor como este no es necesariamente un regulador de voltaje bueno por sí solo, pero podría ser la base para algo mejor. Un buen regulador comienza con una referencia como esta que puede variar en función de otros parámetros (corriente de salida, tensión de alimentación, temperatura), y luego aísla o compensa esos parámetros de la referencia.

Nunca antes había visto el circuito, pero a primera vista, parece una especie de referencia de voltaje. En un divisor resistivo típico (reemplace el FET con un resistor), si la tensión de entrada o la resistencia cambian con el tiempo, la salida del divisor también cambia. En este caso, sin embargo, las propiedades del FET combaten ese cambio. Es una retroalimentación negativa.

Digamos que estamos en un estado estable. Parte de la corriente fluye a través del FET, lo que resulta en un voltaje a través del FET. Ese voltaje también está en la compuerta del FET, lo que hace que el FET se encienda en algún grado. Si el FET estuviera completamente activado, el voltaje sería muy bajo, por lo que se apagaría nuevamente. Si estuviera completamente apagado, el voltaje en la compuerta sería de 20 V completos, por lo que se activaría. Estamos en un punto intermedio, en un modo analógico. El FET alcanza cierto voltaje, dependiendo completamente de las características de transferencia del FET.

Entonces, hay cierta cantidad de flujo de corriente, dependiendo de la impedancia del FET en ese estado. Di que algo cambia para forzar que fluya más corriente; la resistencia se calienta y su resistencia disminuye, o la fuente de voltaje aumenta. Más corriente fluye a través de la fuente de drenaje FET. El voltaje a través de la fuente de drenaje FET aumenta. Pero eso significa que el voltaje en la fuente de la puerta del FET también aumenta, lo que significa que la impedancia del FET baja hacia abajo . Así que más corriente fluye a través del FET, pero a través de una impedancia más baja. Por lo tanto, el voltaje de salida no aumentará tanto como lo haría si el FET fuera una resistencia.

La inversa se aplica si algo hace que menos fluya a través del FET. ¡Esto podría ser la caída de la fuente de voltaje, el aumento de la resistencia, o una carga que se aplica al terminal de salida! Si tiene un divisor resistivo, agregar una carga cambia el voltaje de salida. De esta manera, no es así, siempre que la carga no sea tan grande que se coma toda la corriente disponible de la resistencia.

Entonces no es solo una referencia de voltaje, es un regulador de voltaje.